Збільшувати об'єм пам’яті таких пристроїв, як смартфони чи планшети, неможливо до незкінченності, адже рано чи пізно це наштовхується на фізичні бар’єри. Хоча закон Мура передбачає, що кількість транзисторів, які можна укласти в один чіп, з кожним поколінням збільшуватиметься удвічі, технологію неможливо мініатюризувати безкінечно.
Полиці паперового каталогу Бібліотеки Конгресу США.
Вчені намагаються обійти цю перешкоду, починаючи з малого – з окремих атомів, – з допомогою яких можна закодовувати великі обсяги даних. Використавши атоми хлору на металевій поверхні, науковці під керівництвом Сендера Отті, фізика з Делфтського технічного університету в Нідерландах, створили прототип мікрочіпа обсягом 1 кілобайт, на який можна записувати та перезаписувати інформацію. Якщо технологію вдасться збільшити до 1 см², у неї можна буде закодувати приблизно 10 терабайтів, тобто усю Бібліотеку Конгресу США. Стаття з описом ексмерименту вийшла 18 липня в журналі Nature Nanotechnology.
«Досі це найбільша кількість атомів, якими маніпулювали вчені, щоб записати у них дані. Ефективність такого чіпа з даними перевершувала б існуючі сьогодні транзистори в безліч разів», – каже Сендер Отті.
Можливість цієї технології залежить від здатності надійно і швидко перегруповувати окремі атоми. Принцип маніпуляції ними з’явився ще у 1990 р., коли вчені згрупували атоми ксеному у напис IBM. Отті та його колеги понесли цю ідею далі, закодовуючи інформацію в атоми у вигляді стандартного двійкового коду. Для цього атоми хлору на мідній поверхні вони розташували непереривчастими прямокутними ґратками, наче терасами.
Кожна ґратка містила кілька пустих щілин або дірок, між якими можна було переміщати атоми, наче збираючи пазл. Кожна лінія ґратки закодовує одну одиницю цифрової інформації (байт). Маніпулює атомами, тобто зчитує і записує дані, скануючий тунельний мікроскоп.
Цей шаблон атомів та «дірок» закодовує букву «e».
Одним з найбільших недоліків цієї технології є те, що для роботи чіпа його потрібно підтримувати при температурі кипіння рідкого азоту – 196 С. Це робить поки що неможливим його потенційне використання в побутових умовах.
«Дослідження Отті та його колег подає дуже хороший доказ принципу. Це свідчить про те, що ми знаходимось на правильній дорозі до функціонального пристрою, який використовує атоми для зберігання даних», – вважає матеріалознавець з Інституту електроніки ім. Пауля Друда у Берліні.
Якщо ідею вдасться розвинути ще далі і зберігати дані не в 2D, а в 3D-структурах, то сотні терабайт даних, які дорівнюють фондам усіх бібліотек на Землі, можна буде втиснути в кубик розміром з піщинку. Однак і вдосконалення 2D-технології обіцяє стати напрочуд корисним, дозволяючи зменшити потребу в нових дата-центрах.
Зберігання даних – це не єдине застосування технології маніпуляції атомами. «Дослідження Отті спонукає замислитися про всі ті можливості, які відкриваються зі штучним перегруповуванням атомів», – каже Кріс Лютц, науковець з Дослідницького центру IBM у м. Альмаден у Сан-Хосе (Каліфорнія). В тривалій перспективі це може відкрити шлях до створення нових матеріалів атом за атомом.
Ramin Skibba
Atom wranglers create rewritable memory
Nature, 16.07.2016
Зреферував Євген Ланюк
24.07.2016