211service.com
Magnetiskt minne miniatyriserat till bara 12 atomer
Den minsta magnetiska minnesbiten som någonsin gjorts - en sammansättning av bara 12 järnatomer skapade av forskare vid IBM - visar de yttersta gränserna för framtida datalagringssystem.
Låt oss bli små: Den här avsökningstunnelmikroskopbilden visar en grupp av 12 järnatomer, den minsta magnetiska minnesbiten som någonsin gjorts.
De magnetiska minneselementen fungerar inte på samma sätt som dagens hårddiskar fungerar, och i teorin kan de vara mycket mindre utan att bli instabila. Datalagringsmatriser gjorda av dessa atombitar skulle vara ungefär 100 gånger tätare än något som kan byggas idag. Men de 12 atomerna som utgör varje bit måste noggrant sättas ihop med hjälp av ett dyrt och komplext mikroskop, och bitarna kan hålla data i bara några timmar och vid låga temperaturer som närmar sig absolut noll, så de minimala minneselementen kommer inte att hittas hos konsumenterna enheter när som helst snart.
När halvledarindustrin stöter på gränserna för skalning genom att göra minne och beräkningsenheter allt mindre, har forskargruppen IBM Almaden, ledd av Andreas Heinrich , arbetar från andra änden och bygger beräkningselement atom för atom i labbet.
Den nödvändiga tekniken för storskalig tillverkning i enatomsskala existerar inte ännu. Idag, säger Heinrich, är frågan, vad är det du skulle vilja bygga på skalan av atomer för datalagring och beräkning, i en avlägsen framtid?
När ingenjörer miniatyriserar konventionella enheter, upptäcker de att kvantfysik, som aldrig behövt beaktas tidigare, gör enheter mindre stabila. Eftersom konventionella magnetiska minnesbitar miniatyriseras, börjar till exempel varje bits magnetfält att påverka sina grannars, vilket försvagar varje bits förmåga att hålla fast vid en 1 eller en 0.
IBM-forskarna fann att det var möjligt att kringgå detta problem genom att använda grupper av atomer som uppvisar en annan typ av magnetism. Nyckeln, säger Heinrich, är varje enskild atoms magnetiska spinn.
I konventionella magneter, vare sig de hittas med en lapp på kylskåpet eller i en datalagringsuppsättning, är atomernas magnetiska spinn inriktade. Det är denna inriktning som leder till instabilitet när magnetiska minneselement miniatyriseras. IBM-forskarna tillverkade sina små minneselement genom att rada upp järnatomer vars spinn var motriktade.
Forskarna både konstruerade och skrev data till de små minneselementen med hjälp av ett avsökningstunnelmikroskop, en enhet som utvecklades vid IBM Zürich 1981. Detta mikroskop har en mycket tunn ledande sond som kan användas för att avbilda en yta och trycka runt enskilda atomer.
Heinrich säger att hans team fann att det kunde göra antiferromagnetiskt minne med färre än 12 atomer, men dessa var mindre stabila. Med 12 atomer lyder minneselementen klassisk fysik, och läs-och-skriv-pulserna som appliceras genom mikroskopsonden liknar de som används i dagens hårddiskar. Denna forskning beskrivs idag i tidskriften Vetenskap .
Alla realistiska icke-flyktiga datalagringsteknologier måste kunna hålla fast vid data i 10 år vid temperaturer långt över rumstemperatur, säger Victor Zhirnov , en forskare vid Semiconductor Research Corporation, som inte var involverad i arbetet. IBM-bitarna kan hålla på en 1 eller en 0 i bara några timmar, och bara vid mycket låga temperaturer, men Heinrich säger att det borde vara möjligt att öka deras stabilitet för drift vid mer realistiska temperaturer genom att använda 150 atomer per bit istället för 12 —fortfarande ett litet antal jämfört med befintliga minnesformer.
Att göra en realistisk teknik var dock inte syftet med det nuvarande arbetet, säger Heinrich. Hans mål är att undersöka om andra typer av beräkningselement kan göras av ett fåtal atomer, kanske genom att omfamna kvantum. Vi måste ha framförhållning för att inte oroa oss för nästa steg, utan hoppa till något potentiellt revolutionerande, säger han.