В IBM создано самое маленькое магнитное запоминающее устройство

Вместо предисловия

Наверное каждый владелец компьютера хотел бы знать перспективы развития компонентой базы этих современных устройств: материнских и графических плат, сборок оперативной памяти, жестких дисков и т.д.

Для того, чтобы добиться каких-то существенных прорывов в этой области техники, прикладные разработки в химии и физике сегодня отличаются уникальными экспериментами и подходами, лежащими уже на стыке фундаментальных наук. Хотя в своей основе известные физические принципы хранения информации не опровергаются, задумки ученых и инженеров кажутся феноменальными.

“Корпорация IBM сообщила о значительном достижении в области хранения информации. После пяти лет научных работ исследовательскому подразделению IBM удалось значительно сократить количество атомов, используемых устройствами хранения для "запоминания" одного бита цифровой информации. Нынешние устройства используют около 1 млн атомов для хранения бита информации, однако в корпорации говорят, что разработали подход, позволяющий использовать всего 12 атомов для хранения бита данных.

В будущем на базе данного изобретения можно будет производить устройства хранения данных, емкость которых в десятки тысяч раз будет превышать современные жесткие диски и SSD-накопители.

Андреас Хайнрих, руководить проекта исследований и инженер из IBM Research, говорит, что даже если к новой разработке подойти очень консервативно, то уже на первом этапе ее использования можно будет выпускать не терабайтные жесткие диски, как сейчас, а носители емкостью 100 или 150 терабайт и более.

По его словам, современные устройства хранения информации используют ферромагнитные материалы, где спин атомов выравнивается тем или иным образом для условного кодирования информации. Однако новый подход использует несколько иной принцип, так называемый "антиферромагнетизм", когда спины атомов разворачиваются в противоположных направлениях, что позволяет создавать экспериментальную магнитную память атомарного масштаба, плотность которой по крайней мере в 100 раз выше, чем в нынешних носителях.

В IBM говорят, что в перспективе эту технологию можно оптимизировать не только для жестких дисков и карт памяти, но и для ленточных накопителей.

Как рассказали в IBM, сейчас метод магнитной записи использует атомы железа, выравненные в одинаковом магнитном направлении, причем сами атомы находятся сравнительно далеко друг от друга. Новый метод предусматривает куда более плотное размещение атомов, но их поляризация теперь является разнонаправленной. "Закон Мура предусматривает сокращение размеров компонентов и решение инженерных проблем, связанных с этим сокращением, сохраняя базовую концепцию. Можно сказать, что базовая концепция устройств хранения не менялась уже около 20 лет", - говорит Хайнрих.

По его словам, в IBM Research начали экспериментировать с одним атомом, затем с двумя и так далее до тех пор, пока группа атомов не стала стабильной в достаточной мере, чтобы стабильно хранить один бит информации. Использованные сейчас методики позволяют добиться стабильности уже на 12 атомах. Эксперименты над атомами железа специалисты корпорации вели при помощи сканирующего туннельного микроскопа.

В своих экспериментах ученые использовали атомы железа, размещенные на подложке из нитрата меди. Однако по их словам, если использовать подложки из других основ, то возможно, что для хранения одного бита будет достаточно и меньшего количества атомов железа. Кроме того, пока эксперимент был проведен при очень низкой температуре - около 1 градуса К или минус 272 градусов С. Стабильное состояние атомов удавалось удержать при поднятии температуры до 5 градусов К.

"Мы начали с использования низкой температуры, так как именно она позволяла начать нам с одного атома и собирать все более крупную структуру, наблюдая за магнитными свойствами. Мы ожидаем, что с использованной техникой можно будет удерживать биты стабильными при комнатной температуре, если размер ячейки увеличить до 150 атомов", - говорят в IBM.

Также в своих экспериментах специалисты объединяли до 96 атомов, чтобы записывать несколько бит данных, а после этого и до 480 атомов, что позволяло записать уже 5 байт данных.

Хайнрих говорит, что пока данные эксперименты носят в большей степени теоретический характер, так как пока невозможно выпускать устройства хранения, оперирующие несколькими атомами для записи данных, однако в будущем появление таких устройств вполне вероятно. Вполне вероятно, что первые образцы устройств, использующих новый тип записи данных появятся через 5-10 лет.

"Пока мы используем атомы железа, удерживаемые при низкой температуре на подложке из нитрата меди. Все это очень далеко от реальных технологий. Нам еще предстоит выработать возможность практического использования технологии и снизить стоимость производства будущих носителей", - говорит он.”