Wspólnotowy Serwis Informacyjny Badan i Rozwoju - CORDIS

Wyznaczanie trendów w nauce: Niewielka „pamięć atomowa” może pomieścić wszystkie napisane dotąd książki

Holenderscy naukowcy opracowali urządzenie pamięciowe wielokrotnego zapisu, które przechowuje informacje za pomocą położenia pojedynczych atomów chloru na miedzi, wnosząc ogromny wkład w budowę urządzeń pamięciowych mogących upakować jeszcze więcej informacji na mniejszej przestrzeni.
Wyznaczanie trendów w nauce: Niewielka „pamięć atomowa” może pomieścić wszystkie napisane dotąd książki
Urządzenie o pojemności 1 kilobajta ma gęstość przechowywania informacji o dwa albo trzy rzędy wielkości niższą od aktualnej technologii twardych dysków czy pamięci flash. Dla każdego bitu danych reprezentowanego przez położenie pojedynczego atomu chloru, zespół był w stanie uzyskać gęstość 500 terabitów na cal kwadratowy.

„Wystarczy powierzchnia znaczka pocztowego, aby zapisać wszystkie napisane dotąd książki” – stwierdził starszy autor Sander Otte, fizyk z Instytutu Nanonauki Kavli przy Politechnice Delft (TU Delft) w Holandii. Czy też, przyjmując inną miarę, zespół badawczy oszacował, że sześcian o szerokości 100 mikronów – mniej więcej tej samej średnicy co przeciętny włos ludzki – mógłby pomieścić całość zasobów Biblioteki Kongresu USA.

Naukowcy opracowali urządzenie pamięci atomowej za pomocą skaningowego mikroskopu tunelowego (STM), który wykorzystuje bardzo ostrą igłę do próbkowania poszczególnych atomów na powierzchni. Próbniki STM mogą nie tylko wykrywać atomy, ale także je przesuwać.

Komputery przedstawiają dane jako 1 i 0 – liczby w systemie dwójkowym nazywane bitami, wyrażane poprzez włączanie bądź wyłączanie maleńkich tranzystorów przypominających wyłączniki. Nowe urządzenie pamięci atomowej przestawia każdy bit jako dwie możliwe lokalizacje na miedzianej powierzchni. Atom chloru może przesuwać się tam i z powrotem między tymi dwoma położeniami – wyjaśniają naukowcy.

„Każdy bit składa się z dwóch pozycji na powierzchni atomów miedzi i jednego atomu chloru, który możemy przesuwać tam i z powrotem między tymi dwoma położeniami” – wyjaśnia Otte. „Jeżeli atom chloru znajduje się w górnej pozycji, poniżej jest otwór – nazywamy ten układ 1. Jeżeli otwór jest w górnej pozycji, atom chloru znajduje się wówczas na dole i jest to bit 0”.

Bity są oddzielone od siebie rzędami innych atomów chloru. Rzędy mogą utrzymać bity na miejscu przez ponad 40 godzin – jak ustalili naukowcy. System upakowywania atomów jest znacznie bardziej stabilny i niezawodny niż strategie pamięci atomowej oparte na swobodnych atomach – stwierdzili naukowcy. W konsekwencji znacznie lepiej sprawdza się w praktycznych zastosowaniach przechowywania danych.

Atomy zostały uporządkowane w 127 bloków po 64 bity. Każdy blok został oznakowany znacznikiem otworów. Znaczniki są podobne do kodów QR często wykorzystywanych obecnie w reklamach i na biletach. Są w stanie precyzyjnie oznaczać położenie każdego bloku na miedzianej powierzchni. Mogą także oznaczyć blok jako uszkodzony. Uszkodzenie może być następstwem zanieczyszczenia albo wady powierzchni miedzianej – około 12% bloków nie nadaje się do przechowywania danych z powodu tego typu problemów – zdaniem naukowców. Ogółem ten uporządkowany system znaczników mógłby pomóc rozbudować pamięć atomową do bardzo dużych rozmiarów, nawet jeżeli miedziana powierzchnia, na której są kodowane dane, nie jest całkowicie idealna.

Aby wykazać słuszność koncepcji, zespół zakodował fragment znanego wykładu słynnego fizyka Richarda Feynmana pt. „Tam na dole jest mnóstwo miejsca” (There’s plenty of room at the bottom) na powierzchni o szerokości 100 nanometrów.

Jednak mimo obiecującej przyszłości to podejście nie jest jeszcze gotowe na pełną komercjalizację. Stabilne przechowywanie informacji można wykazać jedynie w temperaturze 77 kelwinów (-196 C), a prędkość pojedynczego zapisu i odczytu jest nadal niewielka – liczona w minutach.

Mimo ogromnego osiągnięcia, dla Otte wielkie nadzieje, które daje pamięć atomowa, pokazują po prostu, jak sprawni są obecnie naukowcy w konstruowaniu urządzeń na poziomie atomów. „Nie jestem w stanie na tym etapie przewidzieć, dokąd to doprowadzi, niemniej uważam, że będzie to coś znacznie bardziej interesującego niż tylko przechowywanie danych” – stwierdził.

Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie »Nature Nanotechnology«.

Źródło: Na podstawie doniesień medialnych

Powiązane informacje

Numer rekordu: 125859 / Ostatnia aktualizacja: 2016-07-21
Kategoria: Wyznaczanie trendów w nauce
Dostawca treści: ec