SG.hu·
96 atomból áll a legkisebb merevlemez
Tudósoknak sikerült egy mindössze 96 atomból álló mágneses adattárolót létre hozni. A vívmány a maiaknál 200-300-szor több információ tárolására képes parányi merevlemezeket eredményezhet.
Az IBM és a németországi Szabad-Elektron Lézer Tudományi Központ (CFEL) tudósai egy byte adat tárolását oldották meg a 96 atommal, amihez a hagyományos meghajtóknál közel félmilliárd atomra van szükség. "Egy természetben általánosnak nevezhető hatásnak köszönhetjük ezt az információtárolási elvet" - mondta Sebastian Loth a CFEL munkatársa,a kutatás vezetője, melynek részletei a Science január 12-i számában jelentek meg.
A Loth által említett természetes jelenség az elektronok egy atomon belüli spinjét határozza meg. A spin a részecskemodellben megfeleltethető az elektronok perdületének, ami két egymással ellentétes irányt vehet fel. A modern merevlemezek olyan mágneses anyagokon alapulnak, mint a vas, ahol az elektronok perdülete mind azonos irányú, tökéletes összhangban vannak egymással. A meghajtók a lemez kis területeinek mágneses állapotának kiolvasásával működnek, és egy külső mezőt használnak az íráshoz. Ezek az úgynevezett ferromágneses anyagok azonban csupán egy bizonyos mértékig kicsinyíthetők. Ha a mágneses területek túl közel kerülnek egymáshoz, mágneses mezőik zavarni kezdik egymást és megnehezítik a pontos adattárolást. "Ez egy komoly probléma, ha össze akarjuk tömöríteni a mágneses sűrűséget" - mondta Loth.
Nem mágneses, úgynevezett antiferromágneses anyagoknál az elektronok spinje egymástól ellentétes irányú és mágnesesen semlegesek. "Az antiferromágneses területek nem rendelkeznek mágneses mezővel, ezért jobban összezsúfolhatók" - tette hozzá Loth, aki munkatársaival egy speciális eszközzel, pásztázó alagútmikroszkóppal (STM) állította elő a parányi merevlemezt, egyenként hat atomos sorokat hozva létre. Egy bit információ tárolásához két sorra volt szükség, nyolc sorpár tette ki az 1 byte adatot. Minden sorpár két lehetséges mágneses állapottal rendelkezik, megtestesítve a bináris számítógépes adatok klasszikus nulláit és egyeseit.
A mágneses beállítást az STM elektromos impulzusa billentette át egyik állapotból a másikba, a kiolvasáshoz egy gyengébb impulzust használtak. "Mindez azt mutatja, hogy minden összetevő a rendelkezésünkre áll az információ egy antiferromágneses szemcsén történő tároláshoz" - mondta Matthias Bode, a Würzburg Egyetem kísérleti fizikusa, aki nem vett részt a kutatásban.
Ahhoz, hogy a technológiát a számítástechnikában is alkalmazzák, még el kell telni némi időnek, mivel van néhány kiküszöbölésre váró probléma. Mindenek előtt a szóban forgó merevlemezt egy STM-mel építették meg atomonként, ami az előállítást tekintve lassú és gyakorlatiatlan módszer. Ezen felül a mágneses állapot, ezáltal az információtárolás csak nagyon alacsony hőmérsékleteken, mindössze 5 fokkal az abszolút nulla fölött stabil. Ennél melegebb közegben az atomok spinje nem idézi elő a kívánt eredményt. Bode szerint azonban nem lehetetlen egy olyan anyagot találni, ami szobahőmérsékleten is működik, ez azonban még a jövő ígérete.
Loth és csapata számos olyan anyaggal kísérletezik, ami szobahőmérsékleten is megtartja antiferromágneses állapotait. "Ezek nem olyanok, mint a szupravezetők, ahol a kritikus hőmérséklet megemelésének módjait kutatjuk. Tudjuk, hogy az antiferromágneses anyagok stabilak" - értékelte a helyzetet.
A kutatás azért is fontos, mert bemutatta a tudósoknak, hogyan építhető valami mindössze néhány atomból anélkül, hogy a kvantum mechanika átvenné felette az uralmat. Kiderült hogy minimum 12 atomra van szükség, ennél kevesebbnél belép a képbe a kvantum hatás és összezavarja a tárolt információt.
Az IBM és a németországi Szabad-Elektron Lézer Tudományi Központ (CFEL) tudósai egy byte adat tárolását oldották meg a 96 atommal, amihez a hagyományos meghajtóknál közel félmilliárd atomra van szükség. "Egy természetben általánosnak nevezhető hatásnak köszönhetjük ezt az információtárolási elvet" - mondta Sebastian Loth a CFEL munkatársa,a kutatás vezetője, melynek részletei a Science január 12-i számában jelentek meg.
A Loth által említett természetes jelenség az elektronok egy atomon belüli spinjét határozza meg. A spin a részecskemodellben megfeleltethető az elektronok perdületének, ami két egymással ellentétes irányt vehet fel. A modern merevlemezek olyan mágneses anyagokon alapulnak, mint a vas, ahol az elektronok perdülete mind azonos irányú, tökéletes összhangban vannak egymással. A meghajtók a lemez kis területeinek mágneses állapotának kiolvasásával működnek, és egy külső mezőt használnak az íráshoz. Ezek az úgynevezett ferromágneses anyagok azonban csupán egy bizonyos mértékig kicsinyíthetők. Ha a mágneses területek túl közel kerülnek egymáshoz, mágneses mezőik zavarni kezdik egymást és megnehezítik a pontos adattárolást. "Ez egy komoly probléma, ha össze akarjuk tömöríteni a mágneses sűrűséget" - mondta Loth.Nem mágneses, úgynevezett antiferromágneses anyagoknál az elektronok spinje egymástól ellentétes irányú és mágnesesen semlegesek. "Az antiferromágneses területek nem rendelkeznek mágneses mezővel, ezért jobban összezsúfolhatók" - tette hozzá Loth, aki munkatársaival egy speciális eszközzel, pásztázó alagútmikroszkóppal (STM) állította elő a parányi merevlemezt, egyenként hat atomos sorokat hozva létre. Egy bit információ tárolásához két sorra volt szükség, nyolc sorpár tette ki az 1 byte adatot. Minden sorpár két lehetséges mágneses állapottal rendelkezik, megtestesítve a bináris számítógépes adatok klasszikus nulláit és egyeseit.
A mágneses beállítást az STM elektromos impulzusa billentette át egyik állapotból a másikba, a kiolvasáshoz egy gyengébb impulzust használtak. "Mindez azt mutatja, hogy minden összetevő a rendelkezésünkre áll az információ egy antiferromágneses szemcsén történő tároláshoz" - mondta Matthias Bode, a Würzburg Egyetem kísérleti fizikusa, aki nem vett részt a kutatásban.
Ahhoz, hogy a technológiát a számítástechnikában is alkalmazzák, még el kell telni némi időnek, mivel van néhány kiküszöbölésre váró probléma. Mindenek előtt a szóban forgó merevlemezt egy STM-mel építették meg atomonként, ami az előállítást tekintve lassú és gyakorlatiatlan módszer. Ezen felül a mágneses állapot, ezáltal az információtárolás csak nagyon alacsony hőmérsékleteken, mindössze 5 fokkal az abszolút nulla fölött stabil. Ennél melegebb közegben az atomok spinje nem idézi elő a kívánt eredményt. Bode szerint azonban nem lehetetlen egy olyan anyagot találni, ami szobahőmérsékleten is működik, ez azonban még a jövő ígérete.
Loth és csapata számos olyan anyaggal kísérletezik, ami szobahőmérsékleten is megtartja antiferromágneses állapotait. "Ezek nem olyanok, mint a szupravezetők, ahol a kritikus hőmérséklet megemelésének módjait kutatjuk. Tudjuk, hogy az antiferromágneses anyagok stabilak" - értékelte a helyzetet.
A kutatás azért is fontos, mert bemutatta a tudósoknak, hogyan építhető valami mindössze néhány atomból anélkül, hogy a kvantum mechanika átvenné felette az uralmat. Kiderült hogy minimum 12 atomra van szükség, ennél kevesebbnél belép a képbe a kvantum hatás és összezavarja a tárolt információt.