Технологии Жесткие диски могут однажды стать размером с зерна риса, быть в основе музыкальных плееров, которые будет настолько малы, что поместятся в ухе.
Ученые из IBM и немецкого Центра лазерной науки свободных электронов (German Center for Free-Electron Laser Science -CFEL) построили самый маленький в мире магнитный накопитель, используя всего 96 атомов для создания одного байта данных. В обычных дисках требуются полмиллиарда атомов для каждого байта.
Прогресс может привести к тому, что крошечные жесткие диски будут способны хранить от 200 до 300 раз больше информации, чем это возможно сегодня. Только представьте, iPod Touch, который способен будет хранить 12,8 терабайт музыки.
"Эффект, который распространен в природе, может привести к этой идее хранения информации", - говорит ведущий автор исследования Себастьян Лот (Sebastian Loth) из CFEL.
Природное явление, о котором упоминает Лот, имеет отношение к вращению электронов внутри атома. Современные жесткие диски используют магнитные материалы, такие как железо, где все электроны вращаются в одном направлении идеально ровно по отношению к друг другу. Они работают таким образом, что с магнитных состояний малых областей на диске считывается информация, а с помощью внешнего поля записывается.
Но эти так называемые ферромагнитные материалы могут быть сжаты. Если магнитные области слишком близко расположены, их магнитные поля мешают друг другу, что осложняет хранение данных.
Однако, при помощи материалов, которые не обладают магнитными свойствами, известными как антиферромагнитные материалы, электроны вращаются в противоположных направлениях и магнитно нейтральны.
"Антиферромагнитные регионы не имеют магнитного поля, таким образом их можно располагать ближе друг к другу", - отмечает Лот.
На самом деле, ученым удалось протиснуть биты в пространство на расстоянии одного нанометра друг от друга.
Исследователи собрали крошечный жесткий диск, используя специальный инструмент, известный как сканирующий туннельный микроскоп или STM. Они осторожно положили атомы в ряды из шести атомов каждый. Два ряда было достаточно, чтобы хранить один бит информации. Восемь пар строк составляли один байт данных.
Каждая пара строк имеет два возможных магнитных состояния, представляющих классические 0 и 1 двоичные данные компьютера. Электрический импульс от наконечника сканирующего туннельного микроскопа переворачивает магнитную конфигурацию с одного на другой. Слабый пульс используется для его прочтения.
"Это свидетельствует о том, существуют все ингредиенты для хранения информации на антиферромагнитном зерне", - подчеркивает профессор экспериментальной физики в университете Вюрцбурга Матиас Боде (Matthias Bode), не принимавший участия в исследовании.
Прежде чем эта технология начнет использоваться в жестком диске компьютеров, однако, пройдет еще некоторое время. Так, ученым еще предстоит решить несколько проблем. Во-первых, этот жесткий диск был построен из атомов, которые выстраиваются с использованием STM, что непрактично и долго.
Во-вторых, хранение информации - магнитное состояние - возможно только при стабильно очень низких температурах, около 5 градусов выше абсолютного нуля.
Тем не менее, по словам Боде, найти материал, который бы работал при комнатной температуре, не является чем-то невозможным. Предстоит, однако, выяснить, какой материал пригоден для этого.
Как утверждает Лот, существует много других материалов, с которыми можно провести эксперименты и которые можно привести в антиферромагнитное состояние при комнатной температуре. "Это не сверхпроводник, в котором мы ищем способы повысить критическую температуру, - отмечает Лот. - Мы знаем, что антиферромагнетики стабильны".
Эта работа важна еще и тем, что продемонстрировала ученым, какое минимальное количество атомов необходимо использовать, прежде чем эффекты квантовой механики начнут проявлять себя. Оказывается, что необходимое число - двенадцать атомов. При меньшем количестве квантовые эффекты начинают путать хранимую информацию.
