Наука. Ученые научились хранить память на атомном уровне

Ученые Висконсин-Медисонского Университета доказали, что устройство хранения данных атомной плотности вполне реально. Созданная ими кремниевая пластина памяти хранит один бит информации на 20 атомах. Это превосходит по плотности информацию, заложенную молекулой ДНК, которая использует 32 атома, для построения одного гена.

 В 1959 году Ричард Фейнман предсказал, что все слова, написанные в истории мира, могли бы легко поместиться в кубе материала 1/200 дюйма шириной, предполагая, что слова должны быть написаны атомами.

 Теперь, немногим более 40 лет после прогноза, наделенного даром предвидения Фейнмана, ученые Висконсин-Медисонского Университета создали устройство хранения данных атомного масштаба, используя атомы кремния вместо битов “единиц” и “нулей”, которые используются в компьютерах в качестве наборов байта (8 бит составляют 1 байт информации, то есть любую букву, цифру или символ).

 О результатах новых достижений ученых было сообщено 4 июля этого года в журнале Nanotechnology.

 Их исследования представляют собой первый и еще “грубый” шаг на пути к воплощению устройства памяти в масштабе атома, где сами атомы представляли бы биты информации, которые составляют слова, картинки и коды, читаемые компьютерами.

 Хотя память, созданная Франсом Химпселом, профессором физики Висконсин-Медисонского Университета и его коллегами является скорее двумерной плоскостью, в отличие от трехмерного куба, о котором мыслил Фейман, ее возможности таковы, что она обеспечивает плотность хранения данных в миллион раз больше, чем умещается на CD-ROMе.

 "Атом", говорит Химпсел, "представляет собой "твердую стену" на пути к миниатюризации. Мы, кажется, дошли до естественного предела."

 Хотя атом и не самая мельчайшая фундаментальная единица природы, он - самая маленькая частица любого предмета, и одна песчинка, например, может содержать 10 квадриллионов атомов.

 Новая память была создана на основе кремниевой пластины, поверхность которой автоматически формирует борозды, в пределах которых ряды атомов кремния выровнены и находятся в покое подобно теннисным шарикам в желобе. Поднимая отдельные атомы кремния с помощью иглы растрового туннельного микроскопа, ученым удалось создать пробелы, которые представляют собой традиционные “нули” данных, в то время как атомы, оставленные на месте представляют собой традиционные “единицы”.

 Подобно обычной памяти, записывающее устройство атомного масштаба может быть инициализировано и отформатировано. На него можно будет как записывать данные, так и считывать их и удалять. И все это можно будет делать при комнатной температуре.

 Новая память была сделана без использованиялитографии. Чтобы сделать обычную мелкую ячейку памяти, используется свет, чтобы химическим путем разметить кластеры на вращающейся кремниевой поверхности диска.

 Новая память с атомным масштабом была сделана другим путем, за счет нанесения испарений золота на кремниевую пластину, что приводит к точной структуре нужного следа. Затем, подвергнув ее воздействию определенной температуры, сформированную линейную структуру испаряют уже на вращающуюся слоистую пластину, и атомы кремния начинают выстраиваться уже поперек структуры. В результате, атомы выстраиваются в неких ячейках, как куриные яйца сидят в картонной расфасовке. Эти атомы кремния представляют биты информации.

 Важно, что атомы выравнивают таким способом, что имеются пробелы между индивидуальными атомами с точностью до размера самого атома, что позволяет выщипнуть отдельные атомы из структуры или наоборот заполнить пробелы атомами. Этим достигается возможность записи и стирания информации.

 В то время, как работа ученых Висконсин-Медисонского Университета доказывает возможность создания памяти в атомном масштабе и обеспечивает платформу для исследования фундаментальных пределов хранения данных, подобная технология потребует не один год, если не десятков лет доработки, прежде чем она позволит подойти к производству рабочего устройства для хранения данных, которое сможет совершать операции с атомами не с помощью сложнейших, длительных и дорогостоящих методов под туннельным микроскопом, а также мгновенно и просто для обычного пользователя, как делает это современный жесткий диск.

 Очевидные существующие недостатки технологии еще состоят в том, что все операции по созданию этого устройства и его управлению осуществлялись в вакууме, а при воплощении рабочего носителя в массовой практике это условие неприемлемо. Кроме того, недостатки кроются еще и в скорости записи, которая резко снижается в зависимости от увеличения плотности на носителе. Запись на новом устройстве проходила чрезвычайно долго, и примерно с такой скоростью, будто выдалбливали слова на камне.

 Но все же достигнутое преимущество плотности на лицо. Та плотность памяти, что получена учеными, сопоставима с тем, как природа сохраняет данные в молекулах ДНК. Кремниевая память хранит один бит информации на 20 атомах. Молекула ДНК использует 32 атома, чтобы сохранить информацию в одном гене - фундаментальной единице, несущей генетическую информацию какого-либо признака организма.

 "В сравнении с обычными носителями данных и ДНК, кремниевый атомный носитель превосходит других по плотности хранения", говорит Химпсел.

SciTecLibrary