В исследовательском центре IBM (ИЦ IBM) нашли пределы магнитной памяти на уровне атомов

Учёные IBM создали мельчайшую из известных до сих пор однобитовую ячейку магнит-ной памяти, использующую всего 12 атомов. Впервые была продемонстрирована искус-ственно созданная при низкой температуре субатомная магнитная структура записи информации.
Эта новая экспериментально созданная субатомная магнитная память будет иметь, по меньшей мере, в 100 раз большую плотность записи, чем нынешние жёсткие диски и SSD-чипы.

Сан-Хосе, Калифорния, 12 января 2012: Ставя точку в 30-летних исследовани-ях в области нанотехнологий, учёные из ИЦ IBM (NYSE: IBM) с успехом продемонстри-ровали возможность записи информации всего лишь на 12 магнитных атомах. Это зна-чительно меньше, чем на нынешних дисковых накопителях, где для записи одного бита информации используется около миллиона атомов. Способность управлять материей на уровне её самых базовых компонент – атомов – могла бы уже в ближайшем будущем поставить вопрос о необходимости создания приборов более миниатюрных, более бы-стродействующих и менее энергоёмких.
Хотя технологии на базе кремниевых транзисторов стали дешевле, миниатюрнее и эффективнее, фундаментальные физические ограничения говорят о том, что этот тра-диционный путь уменьшения масштабов не очень надёжен. Для поддержания быстрого темпа развития компьютерных технологий на этом пути необходимы альтернативные подходы.
Приняв новый подход и начав с наименьшей единицы записи данных – атома, учё-ные продемонстрировали магнитную запись, которая является, по меньшей мере, в 100 раз более плотной, чем нынешняя на винчестерах или SSD-накопителях. Будущее ис-пользование наноструктур, опирающееся в каждом акте на отдельный атом и исполь-зующее необычную форму магнетизма – антиферромагнетизм, может позволить потре-бителям и бизнесу записывать на той же единице поверхности в 100 раз большее коли-чества информации, чем сейчас.  
«Чип-индустрия, совершенствуя полупроводниковую технологию, будет продол-жать своё движение ко всё меньшим и меньшим масштабам, но, по мере уменьшения её элементов, это движение неизбежно придёт к своей конечной точке — атому. Мы же принимаем противоположный подход, начиная с минимальной единицы — отдельного атома, и строим вычислительную систему от этого уровня, — говорит Андреас Хайнрих (Andreas Heinrich), ведущий специалист в области атомных структур ИЦ IBM в Алмаден (Almaden), Калифорния.
Это исследование сегодня публикуется в аналогичном обзоре журнала Science.
Как это работает
Самая базовая единица информации, которую понимает компьютер, — это бит. Точно так же, как лампочка, которая может быть либо «Вкл.», либо «Выкл.», бит может принимать одно из двух значений — «1» или «0».

Но до сих пор было неизвестно, сколько требуется атомов для того, чтобы создать надёжную магнитную память величи-ной в бит.
Аналогично свойствам магнитиков, которые мы наклеиваем на холодильники, фер-ромагнетики используют магнитное взаимодействие между составляющими их атомами для выстраивания своих спинов — источников атомного магнетизма — вдоль одного на-правления. Ферромагнетики отлично срабатывали при записи данных, но главным пре-пятствием для миниатюризации этого процесса до уровня атомных масштабов являлось взаимодействие соседних битовых ячеек друг с другом. Намагничивание одной битовой ячейки своим результирующим магнитным полем может существенно воздействовать на соседнюю ячейку. Сопряжение на уровне атомных масштабов магнитных битовых ячеек для сохранения информации или исполнения нужных вычислительных операций требу-ет точного управления взаимодействием между ними.
Для создания группы из двенадцати антиферромагнитно спаренных атомов, кото-рые при низкой температуре могли сохранять бит информации на протяжении часов, учёные из ИЦ IBM применили сканирующий туннельный микроскоп (STM). Используя присущее таким парам атомов противоположно направленные магнитные спины, они продемонстрировали возможность упаковки соседних битовых ячеек гораздо ближе друг к другу, чем это удавалось ранее. Это значительно увеличивает плотность магнит-ной записи и при этом не нарушает состояние соседних битовых ячеек.
Запись и чтение магнитного байта: на рисунке показан магнитный байт, ото-бражающий 5 различных магнитных состояний при записи кодом ASCII каждой буквы слова THINK — корпоративной мантры IBM с 1914 года. Команда учёных записала её, использовав 96 атомов железа — один бит был записан 12-ю атомами и по 8 бит в каж-дом байте.
IBM и лидерство в нанотехнологиях
За свою 100-летнюю историю IBM всегда инвестировала в научные исследования, нацеленные на формирование будущего вычислительной техники. Сегодняшнее замет-ка — это демонстрация результатов, накопленных учёными IBM с мировыми именами и постоянными инвестициями компании в научные исследования.
 ИЦ IBM на протяжении многих лет является лидером в изучении свойств материа-лов, играющих важную роль в развитии промышленности информационных технологий. На протяжении более чем пятидесяти лет учёные ИЦ IBM закладывали фундамент на-учных знаний, важных для будущего IT, и делали открытия, развивающие современные технологии.
За более полной информацией, касающейся изображений высокого разрешения и анимированного объяснения методики, посетите www.ibm.com/atomicscalememory