211service.com
Magnetisk hukommelse miniaturiseret til kun 12 atomer
Den mindste magnetiske hukommelsesbit, der nogensinde er lavet - en samling af kun 12 jernatomer skabt af forskere hos IBM - viser de ultimative grænser for fremtidige datalagringssystemer.
Lad os blive små: Dette scanning tunneling mikroskop billede viser en gruppe af 12 jern atomer, den mindste magnetiske hukommelse bit nogensinde lavet.
De magnetiske hukommelseselementer fungerer ikke på samme måde, som nutidens harddiske fungerer, og i teorien kan de være meget mindre uden at blive ustabile. Datalagringsarrays lavet af disse atomare bits ville være omkring 100 gange tættere end noget, der kan bygges i dag. Men de 12 atomer, der udgør hver bit, skal omhyggeligt samles ved hjælp af et dyrt og komplekst mikroskop, og bitsene kan kun opbevare data i et par timer og ved lave temperaturer, der nærmer sig det absolutte nulpunkt, så de minimale hukommelseselementer vil ikke blive fundet hos forbrugeren enheder når som helst snart.
I takt med at halvlederindustrien støder op mod grænserne for skalering ved at gøre hukommelse og beregningsenheder stadig mindre, har IBM Almaden-forskningsgruppen, ledet af Andreas Heinrich , arbejder fra den anden ende og bygger computerelementer atom-for-atom i laboratoriet.
Den nødvendige teknologi til storskala fremstilling på enkeltatomskala eksisterer ikke endnu. I dag, siger Heinrich, er spørgsmålet, hvad er det, du ønsker at bygge på skalaen af atomer til datalagring og beregning i en fjern fremtid?
Efterhånden som ingeniører miniaturiserer konventionelle enheder, opdager de, at kvantefysik, som man aldrig skulle tage højde for i fortiden, gør enheder mindre stabile. Da konventionelle magnetiske hukommelsesbits for eksempel miniaturiseres, begynder hver bits magnetfelt at påvirke naboernes, hvilket svækker hver bits evne til at holde på et 1 eller et 0.
IBM-forskerne fandt ud af, at det var muligt at omgå dette problem ved at bruge grupper af atomer, der udviser en anden form for magnetisme. Nøglen, siger Heinrich, er det magnetiske spin af hvert enkelt atom.
I konventionelle magneter, uanset om de bliver fundet med en seddel på køleskabet eller i et datalager, er atomernes magnetiske spins justeret. Det er denne justering, der fører til ustabilitet, når magnetiske hukommelseselementer miniaturiseres. IBM-forskerne lavede deres små hukommelseselementer ved at opstille jernatomer, hvis spin var modsat.
Forskerne både konstruerede og skrev data til de bittesmå hukommelseselementer ved hjælp af et scanningstunnelmikroskop, en enhed udviklet hos IBM Zürich i 1981. Dette mikroskop har en meget tynd ledende sonde, der kan bruges til at afbilde en overflade og skubbe individuelle atomer rundt.
Heinrich siger, at hans hold fandt ud af, at det kunne lave antiferromagnetisk hukommelse ved at bruge færre end 12 atomer, men disse var mindre stabile. Med 12 atomer adlyder hukommelseselementerne klassisk fysik, og de læse-og-skrive-impulser, der påføres gennem mikroskopsonden, ligner dem, der bruges i nutidens harddiske. Denne forskning er beskrevet i dag i tidsskriftet Videnskab .
Enhver realistisk ikke-flygtig datalagringsteknologi skal være i stand til at holde på dataene i 10 år ved temperaturer langt over stuetemperatur, siger Victor Zhirnov , en forsker ved Semiconductor Research Corporation, som ikke var involveret i arbejdet. IBM-bittene kan holde på et 1 eller et 0 i blot et par timer og kun ved meget lave temperaturer, men Heinrich siger, at det burde være muligt at øge deres stabilitet til drift ved mere realistiske temperaturer ved at bruge 150 atomer pr. bit i stedet for 12 — Stadig et minimalt antal sammenlignet med eksisterende former for hukommelse.
Men at lave en realistisk teknologi var ikke målet med det nuværende arbejde, siger Heinrich. Hans mål er at udforske, om andre former for computerelementer kan fremstilles af nogle få atomer, måske ved at omfavne kvante. Vi skal have fremsynethed til ikke at bekymre os om det næste skridt, men at springe til noget potentielt revolutionært, siger han.