Allmän

Hur man lagrar data på magneter som är lika stora som en enda atom

Hur man lagrar data på magneter som är lika stora som en enda atom


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Magnetism är användbart på många sätt och den magnetiska minneseffekten uppträder även på atomnivå. Populärvetenskaplig månad

Det finns ett ordspråk som säger att data kommer att expandera för att fylla all tillgänglig kapacitet. Kanske för tio eller tjugo år sedan var det vanligt att lagra program, MP3-musik, filmer och andra filer, som det kan ha tagit år att samla in. Under de dagar då hårddiskar erbjöd några tiotals gigabyte lagring var det nästan oundvikligt att ta slut på utrymme.

Nu när vi har snabbt bredbandsinternet och inte tänker på att ladda ner en DVD på 4,7 gigabyte kan vi samla in data ännu snabbare. Uppskattningar av den totala mängden data som hålls över hela världen kommer att öka från 4,4 biljoner gigabyte 2013 till 44 biljoner gigabyte fram till 2020. Det innebär att vi genererar i genomsnitt 15 miljoner gigabyte per dag. Även om hårddiskar nu mäts i tusentals gigabyte snarare än tio, har vi fortfarande ett lagringsproblem.

Forskning och utveckling är inriktad på att utveckla nya metoder för datalagring som är tätare och som kan lagra större datamängder och göra det på ett mer energieffektivt sätt. Ibland handlar det om att uppdatera etablerade tekniker: nyligen tillkännagav IBM en ny magnetbandteknik som kan lagra 25 gigabyte per kvadrattum, ett nytt världsrekord för den 60 år gamla tekniken. Medan nuvarande magnetiska eller solid state-konsumenthårddiskar är tätare med cirka 200 gigabyte per kvadratmeter, används magnetband fortfarande ofta för säkerhetskopiering av data.

Emellertid arbetar framkant för datalagringsforskning på nivån av enskilda atomer och molekyler, vilket representerar den ultimata gränsen för teknisk miniatyrisering.

Jakten på atommagneter

Nuvarande magnetiska datalagringstekniker - de som används på traditionella hårddiskar med snurrplattor, standarden fram till för några år sedan och fortfarande vanligt idag - är byggda med "top-down" -metoder. Det handlar om att skapa tunna lager av en stor bit ferromagnetiskt material, som alla innehåller de många magnetiska domänerna som används för att hålla data. Var och en av dessa magnetiska domäner är gjorda av en stor samling magnetiserade atomer, vars magnetiska polaritet ställs in av hårddiskens läs / skrivhuvud för att representera data som antingen binär eller noll.

En alternativ "nedifrån och upp" -metod skulle innebära att man konstruerar lagringsenheter genom att placera enskilda atomer eller molekyler en efter en, som var och en kan lagra en enda informationsbit. Magnetiska domäner behåller sitt magnetiska minne på grund av kommunikation mellan grupper av närliggande magnetiserade atomer.

Enmagneter med en atom eller enmolekyl å andra sidan behöver inte denna kommunikation med sina grannar för att behålla sitt magnetiska minne. Istället uppstår minneseffekten från kvantmekanik. Så eftersom atomer eller molekyler är mycket, mycket mindre än de magnetiska domänerna som för närvarande används och kan användas individuellt snarare än i grupper, kan de packas närmare varandra vilket kan resultera i en enorm ökning av datatätheten.

Att arbeta med atomer och molekyler som detta är inte science fiction. Magnetiska minneseffekter i enmolekylmagneter (SMM) demonstrerades först 1993, och liknande effekter för magneter med en atom visades 2016.

Höja temperaturen

Huvudproblemet som står i vägen för att flytta dessa tekniker ut från laboratoriet och till det vanliga är att de ännu inte fungerar vid omgivande temperaturer. Både enstaka atomer och SMM kräver kylning med flytande helium (vid en temperatur av –269 ° C), en dyr och begränsad resurs. Så forskningsinsatser under de senaste 25 åren har koncentrerats på att höja temperaturen vid vilken magnetisk hysteres - en demonstration av den magnetiska minneseffekten - kan observeras. Ett viktigt mål är –196 ° C, eftersom det är den temperatur som kan uppnås med flytande kväve, som är riklig och billig.

Det tog 18 år för det första väsentliga steget mot att höja temperaturen där magnetiskt minne är möjligt i SMM - en ökning med 10 ° C uppnådd av forskare i Kalifornien. Men nu har vårt forskargrupp vid University of Manchester's School of Chemistry uppnått magnetisk hysteres i en SMM vid –213 ° C med användning av en ny molekyl baserad på det sällsynta jordartselementet dysprosocenium, som rapporterats i ett brev till tidskriften Nature. Med ett språng på 56 ° C är detta bara 17 ° C från temperaturen i flytande kväve.

Framtida användningsområden

Det finns dock andra utmaningar. För att praktiskt taget kunna lagra enskilda databitar måste molekyler fästas på ytor. Detta har visats med SMM tidigare, men inte för den här senaste generationen SMM med hög temperatur. Å andra sidan har magnetiskt minne i enstaka atomer redan demonstrerats på en yta.

Det ultimata testet är demonstration av skrivning och icke-destruktivt läsning av data i enskilda atomer eller molekyler. Detta uppnåddes för första gången 2017 av en grupp forskare på IBM som visade världens minsta magnetiska minneslagringsenhet, byggd kring en enda atom.

Men oavsett om lagringsenheter med en atom eller enmolekyl någonsin blir riktigt praktiska, är framstegen inom grundläggande vetenskap som görs längs denna väg fenomenala. De syntetiska kemiteknikerna som utvecklats av grupper som arbetar med SMM tillåter oss nu att designa molekyler med anpassade magnetiska egenskaper, som kommer att ha tillämpningar inom kvantberäkning och till och med magnetisk resonanstomografi.

Nicholas Chilton, stipendiat - kemiskolan, University of Manchester

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.


Titta på videon: Fysik 2 Jordmagnetiska fältet (Juli 2022).


Kommentarer:

  1. Andr?

    Ljuv!

  2. Mek

    Hans ord är mycket bra

  3. Oakley

    Ja, det är inte så illa. Fastän .......

  4. Kei

    den exceptionella illusionen, enligt min mening

  5. Tojar

    Jag anser att du inte har rätt. Jag är säker. Skriv till mig i PM, vi kommer att prata.

  6. Sciiti

    Jag tycker att du inte har rätt. Jag är säker. Jag inbjuder dig att diskutera. Skriv i PM, vi kommer att kommunicera.



Skriv ett meddelande