Tek atomik hafıza: dünyadaki en küçük depolama ortamı!
Kılavuz
Yakın zamanda Nature dergisinde yayınlanan yeni bir çığır açan çalışma, bir bit dijital bilginin artık tek bir atomda başarıyla depolanabileceğini gösterdi. Şu anda, piyasada bulunan ticari olarak temin edilebilen manyetik depolama aygıtları, aynı işi başarmak için yaklaşık bir milyon atom gerektirir. Kore Temel Bilim Enstitüsü'nün (IBS) Kuantum Nanobilim Merkezi'nin yeni yöneticisi Andreas Heinrich, ABD'deki IBM Almaden Araştırma Merkezi'nde icat edilen araştırmaya liderlik etti. Bu araştırma, depolama ortamının minyatürleştirilmesinde büyük bir atılım haline geldi ve gelecekteki kuantum bilgisayarların temelini attı.
arka fon
Genel olarak, bilgisayarlarımız bilgileri bit (0 veya 1) biçiminde depolamak için "manyetik metal katmanla kaplı diskler" kullanır. Bir mıknatıslama yönü bit 0'ı temsil eder ve diğer yön bit 1'i temsil eder.
Şu anda, bir diskteki küçük bir alanda, her dijital bilgi bitine karşılık gelen neredeyse bir milyon atom vardır.
Yenilikçilik
Bu teknoloji çığır açan bir yeniliktir, mevcut araştırmaların ötesine geçer ve en küçük miktarda maddeyi kullanır: dijital bilgileri depolama amacına ulaşmak için atomlar.
Magnezyum oksit substrat üzerinde bulunan Holmiyum (Ho) ve demir (Fe) atomları, dünyadaki en küçük bellek cihazı bileşenleri haline geldi. Ho, depolama ortamıdır ve Fe, sensördür. Holmiyum atomlarının manyetik özellikleri, STM cihazından akan akım ile değiştirilebilir veya okunabilir.
(Resim kaynağı: IBS)
Bu çığır açan yeniliğin birkaç bileşenine ayrıntılı olarak bir göz atalım:
-
orta
Bunun için kullanılan depolama ortamı, bit bilgilerini depolamak için kullanılan holmiyum atomlarıdır.
-
araç
Araştırmada, "taramalı tünelleme mikroskobu" (STM) adı verilen, görülmesi kolay bir araç kullanıldı. Kullanıcıların ayrı ayrı atomları gözlemlemelerine ve onlara akım darbeleri uygularken hareket etmelerine olanak tanır.
Mevcut darbe, tek bir holmiyum atomunun mıknatıslanma yönünü değiştirir, böylece araştırma ekibi hafızaya 1 veya 0 yazmak için tek bir holmiyum atomu kullanabilir.
-
sensör
Heinrich ekibi ayrıca şu anda dünyada benzeri olmayan bir "kuantum sensörü" tasarladı.
Holmiyum atomları şeklinde depolanan hafızayı okumak için kullanılabilir. Holmiyum atomunun yanına bir demir atomu yerleştirdiler. Araştırmacılar, bu tekniği başka bir "tünelleme manyeto direnç" tekniği ile birlikte kullandılar ve holmiyumun birkaç saat içinde aynı manyetik durumda sabit kaldığını gözlemlediler.
Sürpriz
Sonra, Heinrich ekibi bir holmiyum atomunu iki holmiyum atomuyla değiştirmeye çalıştığında, başka bir sürpriz keşif daha yaptı:
İki holmiyum atomunu 1 nanometre mesafeye yerleştirmek, bilgileri saklama yeteneklerini etkilemez.
Bu gerçekten bir sürpriz, çünkü genel olarak, her atom tarafından üretilen manyetik alan komşu atomları etkileyebilir.
Bu şekilde, bilim adamları dört olası durumla iki bitlik bir cihaz oluşturabilirler: 1-1, 0-0, 1-0, 0-1. Demir sensörü bunları net bir şekilde ayırt edebilir.
İki bitlik depolama aygıtı (a) Demir atomu iki holmiyum atomunun yakınında bulunur. (b) Demir atomlarının elektron spin rezonans sinyalleri, iki holmiyum atomunun farklı manyetik özelliklerinden dolayı farklıdır. Demir atomları dört depolama konfigürasyonunu ayırt edebilir: aşağıdan aşağıya (0-0), aşağıdan yukarıya (0-1), yukarıdan aşağıya (1-0), yukarıdan yukarıya (1-1).
(Resim kaynağı: IBS)
Moore Yasası için yeni umut
Moore Yasasının olağanüstü sonucu
(Resim kaynağı: IBS)
"Moore Yasası, entegre devreler üzerindeki transistör yoğunluğunun her 18 ayda iki katına çıkabileceğini belirtir." Geçtiğimiz birkaç on yıl içinde, yarı iletken endüstrisinin gelişimi bu yasayı kanıtladı. En yeni elektronik cihazlar, öncekilerden daha küçük ve daha güçlü olacak.
Bununla birlikte, aygıtlar küçüldükçe, atomlar birbirine yakın olduğu için, yeni kuantum girişim özellikleri üretilecek ve bu da sorunlara neden olabilir. Bu minyatürleştirme eğilimi uzun süre devam edemeyeceği için, uzmanlar Moore Yasasının ölümünü tartışmaya başladılar.
İlginç bir şekilde, holmiyum atomu bu lanetten kaçabilir gibi görünüyor, ancak nedeni şu anda bilinmemektedir. Heinrich şunu belirtti:
"Holmiyum atomları arasında kuantum mekaniksel bir etki yoktur ve şimdi nedenini bulmak istiyoruz."
önem
Holmiyum atomlarının manyetik özellikleri, STM cihazından akan akım ile değiştirilebilir veya okunabilir.
(Resim kaynağı: IBS)
Holmium atomları birbirine çok yakın düzenlenebilir, bu nedenle tek atom teknolojisi kullanıldığında depolama yoğunluğu çok yüksek olacaktır. Heinrich şu yorumu yaptı:
"Kuantum nanobilim alanında yeni keşifler gerçekleştirmek için tek tek atomları doğru bir şekilde kontrol etmeyi umuyoruz. Bu araştırma, ticari depolama ortamı alanında yeniliği teşvik edecek ve depolama cihazlarını daha kompakt hale getirecek."
gelecek
Heinrich, bu aracı tek tek atomların özelliklerindeki değişiklikleri ölçmek için kullanan dünyadaki birkaç bilim adamından biridir. Seul'deki Ewha Womans Üniversitesi'nin yeni oluşturulan IBS Araştırma Merkezi'nde bu araştırmayı genişletmeye devam etmeyi umuyor.
Referans
[1]
[2] Fabian D. Natterer, Kai Yang, William Paul, Philip Willke, Taeyoung Choi, Thomas Greber, Andreas J. Heinrich, Christopher P. Lutz. Tek atomlu mıknatısları okumak ve yazmak Doğa, 2017; 543 (7644): 226 DOI: 10.1038 / nature21371
Daha ileri teknolojiler ve yenilikçi ürünler için lütfen WeChat herkese açık hesabını takip edin: IntelligentThings veya yazarın kişisel WeChat ile iletişime geçin: JohnZh1984
