Исследователи IBM сумели создать и продемонстрировать новый тип магнитной памяти, способной хранить один бит информации на 12 атомах. Согласно IBM, до настоящего момента было неизвестно, сколько атомов понадобится для того, чтобы построить стабильную ячейку в один бит. В ходе исследования группа ученых выяснила, что этот показатель равен 12. Это достижение — кульминация более чем 30-летней работы, посвященной исследованиям нанотехнологий, отметили в IBM.

Добившись размещения информации всего лишь на 12 атомах, компания IBM утверждает, что теперь она сможет предоставлять среды хранения данных, которые будут значительно компактнее, чем доступные сегодня жесткие диски, которые используют около миллиона атомов для хранения одного бита информации. Соответственно, новая технология может привести к созданию более компактных, быстрых и энергоэффективных устройств хранения данных, подчеркнули представители IBM.

Начав разрабатывать ячейку с самого номинально маленького хранилища информации, одного атома, ученые продемонстрировали успешный прототип магнитного устройства хранения информации, который обеспечивает в 100 раз более плотную среду хранения данных, чем в современных жестких дисках или твердотельных накопителях. Кроме того, использование наноструктур, сформированных добавлением одного атома за один раз, в будущем позволит создать устройства хранения данных, которые смогут размещать в 100 раз больше информации в одной единице объема памяти, чем возможно сегодня, утверждают исследователи.

Антиферромагнетизм использует изменение направлений спинов

Стандартные ферромагнетики, например, магнетики, используемые в коммерческих криостатах, используют магнитное взаимодействие между составляющими их атомами чтобы сориентировать их спины, являющиеся основой такого свойства, как магнетизма, в одном направлении. Ферромагнетики хорошо подходят для использования в магнитных накопителях данных, но для того, чтобы использовать эти свойства в атомарных масштабах, исследователям пришлось преодолеть главное препятствие: взаимовлияние ближайших битов друг на друга.

Намагничивание одного однобитового элемента памяти может сильно повлиять на соседний элемент в результате воздействия собственного магнитного поля, отмечают в IBM. Для использования магнитных элементов памяти на атомарном уровне с целью хранения информации требуется точный контроль за взаимодействием между битами.

Ученые из IBM Research обошли это препятствие, использовав необычный вид магнетизма, называемый “антиферромагнетизмом”. При помощи сканирующего туннельного микроскопа (STM) исследователи на атомарном уровне сформировали группу из 12 атомов, связанных особым образом, присущим антиферромагнетикам. Эта группа атомов хранила бит информации в течение нескольких часов при низких температурах. Чтобы добиться этого, ученые воспользовались присущим аниферромагнитным атомам свойством менять направление спина.

Таким образом, ученые из IBM продемонстрировали способность разместить смежные магнитные биты гораздо ближе друг к другу, чем это было возможно ранее. Такой подход, по словам ученых, позволил значительно увеличить плотность хранения, не нарушая состояние соседних элементов магнитного проводника.

В декабре 2010 года подразделение IBM Research объявило о доступности неким образом связанной с вышеописанной технологии хранения данных, также основанной на использовании нанотехнологий и магнитных свойств и получившей название “кольцевой” (racetrack). Технология хранения данных, применяемая в твердотельных накопителях, хранит информацию, регулируя магнетическое состояние регионов — границ ферромагнитного домена — внутри нановолокон.

Открытие прокомментрировал Андреас Гайнрих, ведущий исследователь атомарного хранения информации в подразделении IBM Research, находящемся в Альмадене: “Отрасль разработки микросхем и в дальнейшем будет стремиться к масштабному увеличению возможностей технологий полупроводников, но ввиду того, что размер компонентов уменьшается, этот путь ведет к конечной точке в процессе создания хранилища информации — к атому. Мы воспользуемся противоположным подходом: мы начнем с самого малого элемента — отдельного атома, и станем строить вычислительные решения, добавляя по атому за раз”.

Дополнительная информация

Более подробная информация о прорыве IBM в исследованиях технологий хранения данных доступна на веб-странице IBM Research.

Андреас Гайнрих объясняет прорыв IBM в исследованиях хранения информации

Версия для печати (без изображений)