IBM bewiesen die Möglichkeit der Speicherung von Informationen in einem einzigen Atom

Die Grundlegenden Komponenten des PCs sind so klein, dass nach und nach konfrontiert mit dem Druck der Grenzen der normalen Welt Newtonschen Physik. Und nirgendwo Maßstab und die Genauigkeit der Operation nicht zeigt besser als auf Festplatten, wo eine Billion Bits kann Fit in den Quadratzoll. IBM konnte dieses Szenario übertreffen: die Wissenschaftler haben gelernt, aufzeichnen und Lesen von Daten in einem einzigen Atom.

Während diese Leistung kann mehr symbolische als praktische, sondern auch eine einfache Demonstration des Beispiels des atomaren Datawarehouse mag fast Science-Fiction.

Vielleicht es Sie nicht überraschen, aber Atome sind die kleinste Einheit der Materie, dem wir sicher zu manipulieren und erwarten, dass Sie stationär. Finden interessante Experimente mit запутыванием Photon, aber Sie sind ziemlich flink, sogar zu viel. Während wir noch versuchen zu halten Dinge, die nicht hätten in kürzester Zeit, wenn Sie lösen Sie den Griff für eine Sekunde. Und die frühere Technik der Lagerung von atomarem nicht wirklich speichert die Daten in einem Atom, und verschiebt Sie mit der Bildung von gelesenen mustern (auch interessant, übrigens).

Das bedeutet, dass Sie einen einzelnen Atome die Werte 0 und 1 wird der nächste große Schritt nach vorn und der nächste große Barriere im Bereich der Speicherung von Daten in digitaler Form, was zulassen wird, auf die Reihenfolge der Speicherkapazität zu erhöhen, und präsentieren eine völlig neue Aufgabe für Ingenieure und Physiker. Das Experiment von IBM, veröffentlichte neulich in Nature, führt die gegenwärtige Atom-Depot von der Theorie zur Realität.

Das Funktioniert so: ein einzelnes Atom Holmium (groß, mit vielen Elektronen ohne Paare) wird auf einer Schicht von Magnesiumoxid. In dieser Konfiguration Atom hat die sogenannte magnetische бистабильность: er hat zwei stabilen magnetischen Zustand mit unterschiedlichen Rücken (erinnern Sie sich einfach an ist).

Wissenschaftler verwenden Scanning-Tunneling-Mikroskop (auch erfunden von IBM in den 1980er Jahren) zu einer Sperre von etwa 150 Millivolt bei 10 MA zum Atom — mag es scheinen, dass es ist nicht viel, aber auf solchen Skalen ist es wie der Schlag des Blitzes. Diese enormen Zustrom von Elektronen macht Holmium-Atom wechseln Ihre magnetische Spin Zustand. Da zwei Zustände haben unterschiedliche profile der Leitfähigkeit, die Spitze des scan-Tunnel-Mikroskop bestimmen kann, in welchem Zustand befindet sich das Atom, einziehende eine niedrigere Spannung (etwa 75 Millivolt) und indem er seinen Widerstand.

Um absolut sicher sein, dass das Atom ändert seine magnetische Zustand und es ist nicht das Ergebnis einer Interferenz oder Wirkungen des elektrischen Sturm STM, Wissenschaftler haben herausgefunden daneben Eisenatom. Das Atom befindet sich unter dem Einfluss seiner magnetischen Umgebung und reagiert nicht so, wie das Atom Holmium in verschiedenen Zuständen. Dies beweist, dass das Experiment wirklich schafft eine zuverlässige, gespeicherte magnetische Zustand im einzelnen Atom, das kann man indirekt bestimmen.

Und das ist, was wir weiter tun: ein einzelnes Atom wird zur Speicherung der uns bekannten Nullen und Einsen, 0 und 1. Experimentatoren haben Paare von Atomen zu bilden, um die vier binären Kombinationen (00, 01, 10, 11), können auch aus solchen Knoten.

«Um zu demonstrieren, unabhängiges Lesen und schreiben, haben wir die Atomare Struktur der beiden Bits des holmiums, in dem wir aufgenommen haben vier mögliche Zustände und die wie wir glaubten магниторезистивно, und aus der Ferne mit Hilfe des elektronischen Spin-Resonanz. Hohe magnetische Stabilität in Kombination mit einem elektrischen Auslesen und zurückschreiben zeigt, dass magnetische Speicher aus einem Atom durchaus möglich».

Chris Lutz, Forscher der Nanotechnologie in einem IBM-Labor in Алмадене, einer der Autoren der Arbeit, erzählt, was hat das Atom am Ende verlieren Sie Ihre Spin.

«Da Atome erwärmt werden, erwarten wir, dass Sie spontan anfangen zu Rollen. Weil die thermische Energie ist ein erheblicher Teil der Energiebarriere zwischen den Zuständen. In der Praxis bei der Erstellung von Speicher benötigen, erhöhen diese Barriere durch die Verwendung mehrerer gekoppelter Atome oder innovativen Methoden der Arbeit mit einzelnen Atomen».

Wenn es ein bisschen Schwächen Ihre Begeisterung — Sie planen arbeiten mit Molekülen und nicht mit einzelnen Atomen — keine Sorge. Eines der Experimente des Jahres 2016, in dem Sie überschritten wurde Terabit pro Quadratzoll, verwendet magnetische Pellets mit einem Durchmesser von nur 5 Nanometern. Atom Holmium im Durchmesser etwa 200 пикометров; man hätte berappen 25 solcher von einem Ende Pellets zum anderen — wenn Atome wurden «enden». Verdoppelung des ursprünglichen Volumens nicht viel Einfluss auf die Möglichkeiten der Speicher — und dort auch andere Varianten passen.

«Wir planen, erforschen die Atome anderer Elemente, Ansammlungen von Atomen und kleine Moleküle als mögliche magnetische Bits», schreibt Lutz.

Viel Zeit verstreichen, bevor Sie es verwenden können eine solche auf seinem Laptop. Während dieser Bereich untrennbar mit dem Labor, сверхнизкими Temperaturen und сверхточными Geräten. Ob da unten noch Platz?