Большую роль в современном мире играют средства хранения информации, которые год от года становятся все компактнее. Основной ячейкой хранения информации является транзистор, который может принимать значения 0 или 1. Последние годы идет постоянное уменьшение размеров транзисторов, что позволяет хранить большее количество информации при меньших размерах запоминающего устройства.
Но близок тот момент, когда текущие технологии хранения информации достигнут предела своих возможностей. Современные транзисторы имеют длину в 20 нм (нанометров), а по прогнозам ученых предел их возможностей наступит при размерах 5 нм – именно тогда перестанет действовать туннельный эффект, т.к. с плавающего затвора будет наблюдаться утечка электронов, что не позволит транзистору сохранять свое значение.
В поисках замены транзисторов на более мелкие компоненты, ученые пришли к выводу, что хранить информацию можно и в атомах.
При исследовании металлов семейства лантаноидов, физики заметили, что атомы некоторых из этих веществ при определенных параметрах способны долгое время сохранять свое магнитное состояние. А раз какой-либо элемент может сохранять свое магнитное состояния, то на него можно записать бит информации, придав ему значение «ноль» или «один».
Загоревшись идеей хранения информации на атомном уровне, специалисты вскоре обнаружили наиболее подходящего кандидата – атом химического вещества под названием гольмий.
Оказалось, что если при температуре – 269 °C на атом гольмия, находящийся на диэлектрике из оксида магния, воздействовать электрическим импульсом, то можно задать ему новое магнитное состояние. Аналогом «1» и «0» является смена магнитного полюса атома на северный и южный. Передача атому электрического импульса происходит при помощи сканирующего туннельного микроскопа – сложного устройства, в основе работы которого лежит квантовый туннельный эффект.
Но мало лишь записать на атом информацию – необходимо еще и прочитать ее. С этой задачей успешно справляется сенсор, состоящий из одного атома железа. Частица, будучи размещенной на определенном расстоянии от атома гольмия, может считывать его магнитные состояния, определяя магнитный полюс.
В проведенном эксперименте ученые из IBM успешно записали по биту информации на два атома, а затем прочли ее при помощи одного сенсора. Можно сказать, что с этих пор эпоха хранения информации на атомном уровне открыта. Но вряд ли подобные системы получат распространение в ближайшем будущем: параметры ее работы – температурные и технические – слишком сложны для работы вне стен лаборатории. Перспективы же хранения информации в атомах впечатляют: по подсчетам, подобное атомное хранилище в 2,5 см2 сможет вместить в себя до 80 000 ГБ информации.
🌶️ Читайте ещё больше интересных статей от нашей редакции в телеграм-канале «Научный Винегрет»: https://t.me/vinegretnauki