Ученым из IBM Research удалось сохранить один бит данных на 12 атомах железа, и, соответственно, один байт на 96 атомах. Такая плотность записи, как минимум, в 100 раз превышает плотность пластин современного накопителя на жестких дисках или микросхем флеш-памяти.
Команда из IBM Research Almaden под руководством Андреаса Хейнриха (Andreas Heinrich) начала свои исследования «снизу вверх» – с изучения возможностей одного магнитного бита. Вместо того, чтобы отталкиваться от уже известных характеристик накопителей данных и искать пути их улучшения – стандартный подход, продиктованный законом Мура, – Хейнрих с коллегами начали с наименьшего элемента – атома – и продолжали наращивать их количество, пока не был получен устойчивый магнитный бит.
 |
| Андреас Хейнрих: «Это (СТМ) позволяет вам видеть все. Помню, в институте нам объясняли, что увидеть атом невозможно». |
Ученые буквально создали на медной подложке массив из атомов железа, добавляя их по одному, пока число атомов не достигло «критической массы хранения», то есть такого количества, при котором их магнитные свойства оставались стабильными. При низких температурах это число равно 12, при комнатной – около 150.
В своей работе Хейнрих использовал сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), прототип которого был разработан исследователями IBM 30 лет назад. СТМ позволяет наблюдать за атомами и перемещать их.
СТМ использовался, прежде всего, для упорядочивания атомов железа на медной подложке. По словам Хейнриха, это была относительно простая задача. Затем с помощью СТМ измеряли магнитные свойства конкретного атома, чтобы определить, принимает ли магнитный бит одно из двоичных значений – 0 или 1. Это более хитрая задача, чем кажется на первый взгляд, и требует использования антиферромагнетизма. В жестких дисках, в которых используется ферромагнетизм, все атомы магнитных битов ориентированы одинаково, создавая магнитное поле («север», «юг»), измеряемое считывающей головкой и преобразуемое в двоичный код. Связанная с этим проблема, состоит в том, что для создания достаточно большого магнитного поля необходимы тысячи или миллионы ферромагнитных атомов. С антиферромагнетизмом атомы магнитного бита выстраиваются таким образом, что результирующее магнитное поля оказывается равным нулю.
 |
| Полученное с помощью СТМ изображение двенадцати атомов железа, собранных в прецизионную антиферромагнитную структуру (фото IBM). |
Если в антиферромагнитном бите посредством СТМ развернуть один атом железа, все остальные атомы также «переключатся» для поддержания равновесия.
Сейчас основная проблема заключается в том, чтобы найти способ серийного производства листов меди с массивами точно выровненных атомов железа. При этом для манипулирования байтами на уровне атомов уже не потребовался бы СТМ размером с комнату, и осталось бы только придумать, как присоединить провода к этим микроскопическим структурам.
