Ученые из германского научного центра CFEL и специалисты IBM создали самое маленькое в мире магнитное запоминающее устройство - они смогли записать один байт на 96 атомах, в то время как для записи этого объема данных на современных жестких дисках требуется полмиллиарда атомов, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.
Себастьян Лот (Sebastian Loth) из Центра лазеров на свободных электронах (CFEL - Center for Free-Electron Laser Science), созданного университетом Гамбурга, синхротронным центром DESY и Обществом Макса Планка, а также его коллеги научились создавать антиферромагнитные наноструктуры из нескольких атомов железа и записывать на них информацию.
Нанометровый "жесткий диск" был собран атом за атомом с помощью сканирующего туннельного микроскопа в исследовательском центре IBM в Сан-Хосе (Калифорния). Атомы железа были распределены на подложке рядами по шесть. Двух таких рядов - 12 атомов - оказалось достаточно, чтобы записать один бит - элементарную единицу информации. В свою очередь, для записи одного байта (восьми битов, которыми кодируются буквы или десятичные цифры) требуется восемь таких пар, которые занимают область размером 4 на 16 нанометров.
Атомы железа в этом устройстве имеют два возможных магнитных состояния, которым поставили в соответствие 0 или 1 бит.
Данные записывались и считывались с помощью сканирующего туннельного микроскопа - электрический импульс с него переключал группы атомов из одного состояния в другое, а более слабый импульс позволял считывать их состояние. Вместе с тем, "нанодиск" может сохранять устойчивое состояние только при очень низкой температуре, близкой к абсолютному нулю - 5 кельвин или минус 268 градусов Цельсия.
Однако ученые рассчитывают, что группы из 200 атомов будут устойчивы и при комнатной температуре. Вместе с тем, до широкого использования этой технологии в сфере хранения данных пока еще далеко.
Ученые впервые использовали явление антиферромагнетизма для записи данных. Магнитные моменты атомов в антиферромагнитных веществах направлены не в одну сторону, как у ферромагнетиков, а в противоположных направлениях, поэтому на макроскопическом уровне антиферромагнетики не обладают магнитным полем - оно компенсируется из-за разнонаправленности магнитных моментов.
Это означает, что атомы антиферромагнитного вещества могут быть размещены очень близко и они не будут воздействовать друг на друга. Именно благодаря этому ученым удалось уместить ячейки записи на нанометровых площадках.
Эта разработка позволила создать не только метод хранения данных, но и способ изучить границу между классической и квантовой физикой.
"Мы научились контролировать квантовые эффекты меняя форму и размер групп атомов. Теперь мы можем использовать эту способность, чтобы исследовать, как возникают квантовые механизмы, как магниты ведут себя на границе между двумя мирами", - говорит Лот.
