Исследователи делают одноядерную память из гольмия
По данным исследовательской группы, возглавляемой учеными из исследовательского центра IBM Almaden Research Center в Сан-Хосе, штат Калифорния, и Институтом фундаментальных наук в Сеуле, Южная Корея, один бит цифровой информации теперь можно успешно хранить в отдельном атоме. Исследование появилось в журнале Nature.
Магнетизм гольмиевого атома может быть изменен или считан потоком через наконечник СТМ. Фото: Fabian D. Natterer et al
«Диски, покрытые намагниченным слоем металла, позволяют нашим компьютерам сохранять файлы в виде битов, каждый со значением либо 1, либо 0. Некоторое направление намагниченности соответствует биту 0, другому направлению 1 бит,»Сказали научные работники.
«В то время как небольшие участки диска, около миллиона атомов, соответствуют каждому цифровому биту информации, наши исследования пошли далеко за пределы этого и использовали наименьшее количество вещества, пригодного для этой цели: один атом».
В ходе исследования команда работала со сканирующим туннельным микроскопом (STM), который имеет специальный наконечник , который позволяет пользователю просматривать и перемещать отдельные атомы, а также применять импульс электрического тока к ним.
Ученые использовали этот электрический импульс для изменения направления намагничивания отдельных атомов гольмия.
Гольмий — химический элемент, относящийся к группе лантаноидов.
Содержание гольмия в земной коре составляет 1,3·10−4 % по массе, в морской воде 2,2·10−7 %. Вместе с другими редкоземельными элементами содержится в минералах монаците, бастенезите, эвксените, апатите и гадолините. Википедия.
Есть возможность записать память как 1, так и 0 в одном атоме гольмия, а также поменять местами.
Для считывания памяти, хранящейся в атоме гольмия, использовался квантовый датчик. Он состоит из атома железа, расположенного рядом с атомом гольмия.
Используя эту технику, а также другую, называемую туннельным магнитосопротивлением, авторы могли заметить, что гольмий стабильно сохраняет такое же магнитное состояние в течение нескольких часов.
Затем, когда они пытались использовать два атома гольмия вместо одного, они сделали еще одно удивительное открытие: размещение атомов гольмия даже нанометром друг от друга не повлияло на их способность хранить информацию индивидуально.
Это стало неожиданностью, поскольку ожидалось, что магнитное поле одного атома будет воздействовать на своего соседа.
«Чтобы продемонстрировать независимое чтение и запись, мы построили структуру атомного масштаба с двумя битами гольмия, на которые мы пишем четыре возможных состояния (1-1, 0-0, 1-0 и 0-1) и которые мы зачитываем Как магниторезистивно, так и отдаленно с помощью электронного спинового резонанса», — сказали ученые.
«Высокая магнитная устойчивость в сочетании с электрическим чтением и записью показывает, что магнитная память с одним атомом действительно возможна».
«Между гольмием нет квантово-механических эффектов. Теперь мы хотим знать, почему», — отметил ведущий соавтор д-р Андреас Генрих, директор Центра квантовой нанонауки в Институте фундаментальных наук.
«Атомы гольмия могут быть расположены очень близко друг к другу, поэтому плотность хранения с использованием этой одноатомной техники может быть очень высокой», — сказал он.
«Мы открыли новые возможности для квантовой нанонауки, управляя отдельными атомами именно так, как хотим. Это исследование может стимулировать инновации в коммерческих носителях, что расширит возможности миниатюризации хранения данных» .
