Увеличивать объем памяти таких устройств, как смартфоны или планшеты, невозможно до бесконечности, ведь размер рано или поздно наталкивается на физические барьеры.
Хотя закон Мура предполагает, что количество транзисторов, которые можно уложить в один чип, с каждым поколением будет увеличиваться вдвое, технологию невозможно минимизировать бесконечно.
Ученые пытаются обойти эту преграду, начиная с малого – с отдельных атомов, – с помощью которых можно кодировать большие объемы данных. Использовав атомы хлора на металлической поверхности, ученые под руководством Сендера Отти, физика из Делфтского технического университета в Нидерландах, создали прототип микрочипа объемом 1 килобайт, на который можно записывать и перезаписывать информацию. Если технологию удастся увеличить до одного квадратного сантиметра, в нее можно будет закодировать примерно 10 терабайт, то есть всю Библиотеку Конгресса США. Статья с описанием ексмеримента вышла 18 июля в журнале Nature Nanotechnology.
«До сих пор это самое большое количество атомов, которыми манипулировали ученые, чтобы записать в них данные. Эффективность такого чипа с данным превосходила бы существующие сегодня транзисторы в множество раз», – говорит Сендер Отти.
Возможность этой технологии зависит от способности надежно и быстро перегруппировывать отдельные атомы. Принцип манипуляции ними появился еще в 1990 г., когда ученые сгруппировали атомы ксенома в надпись IBM. Отти и его коллеги понесли эту идею дальше, кодируя информацию в атомы в виде стандартного двоичного кода. Для этого атомы хлора на медной поверхности они расположили непрерывными прямоугольными решетками, словно террасами.
Каждая решетка содержала несколько пустых щелей или дыр, между которыми можно было перемещать атомы, словно собирая пазл. Каждая линия решетки кодирует одну единицу цифровой информации (байт). Манипулирует атомами, то есть считывает и записывает данные, сканирующий туннельный микроскоп.
Одним из крупнейших недостатков этой технологии является то, что для работы чипа его нужно поддерживать при температуре кипения жидкого азота – 196 С. Это делает пока невозможным его потенциальное использование в бытовых условиях.
«Исследование Отти и его коллег дает очень хорошее доказательство данного принципа. Это свидетельствует о том, что мы находимся на правильном пути к функциональному устройству, которое использует атомы для хранения данных», – считает материаловед из Института электроники им. Пауля Друда в Берлине.
Если идею удастся развить еще дальше и хранить данные не в 2D, а в 3D-структурах, то сотни терабайт данных, которые равны фондам всех библиотек на Земле, можно будет втиснуть в кубик размером с песчинку. Однако и совершенствование 2D-технологии обещает стать крайне полезным, позволяя уменьшить потребность в новых дата-центрах.
Хранение данных – это не единственное применение технологии манипуляции атомами. «Исследование Отти побуждает задуматься про все те возможности, которые открываются с искусственной перегруппировкой атомов», – говорит Крис Лютц, ученый из Исследовательского центра IBM в г. Альмаден в Сан-Хосе (Калифорния). В длительной перспективе это может открыть путь к созданию новых материалов атом за атомом.
Автор: Ramin Skibba | Atom wranglers create rewritable memory| NATURE.com