Самый маленький в мире магнит – одноатомный

IBM официально объявила о создании самого крохотного в мире магнита на основе одного атома, и практическом его применении для записи и чтения бита данных с помощью электрического тока. Научная публикация на эту тему под названием «Reading and writing single-atom magnets» опубликована в последнем выпуске журнала Nature.

В своей работе ученые показали, что два атомарных магнита могут быть использованы для независимой друг от друга записи и чтения данных даже если расстояние между ними не превышает одного нанометра – одной миллионной доли ширины острия булавки. Столь плотное размещение магнитных носителей в перспективе поможет создать магнитные накопители, плотность размещения данных в которых в 1000 раз превышает показатели современных жестких дисков и чипов твердотельной памяти (SSD).

Для пластин обычного жесткого диска характерно использование порядка 100 тысяч атомов для хранения одного бита данных. Возможность считывать и записывать один бит информации на каждый атом создает совершенно новые возможности для накопителей данных.

Системы хранения данных будущего на основе наноструктур с управлением позиционирования каждого атома позволили бы хранить в 1000 раз больше информации в том же пространстве, которое сегодня задействовано под ЦОДы, ПК и персональные гаджеты. В дальней перспективе, по словам исследователей из IBM Research, возможно создание накопителя размером с кредитную карту, на котором могла бы разместиться вся музыкальная библиотека iTunes из 35 млн песен.

Подробности эксперимента

В публикации ученые из IBM Research отмечают, что одноатомное хранение бита данных представляет собой физический предел при классическом подходе к созданию высокоплотного магнитного носителя. До сих пор минимальные индивидуально адресуемые бистабильные магнитные биты формировались как минимум из 3–12 атомов.

Установка IBM Research для экспериментов с одноатомными магнитами

Длительное время хранения магнитной информации («магнитной релаксации») для одноатомной структуры удалось обнаружить для атомов лантанидов в молекулярных магнетиках, для лантанидов, растворенных в объемных кристаллах, и совсем недавно – для групп атомов гольмия (Ho, лантаноид с атомным номером 67) на подложке из оксида магния (MgO).

Установка IBM Research со сканирующим туннельным микроскопом

Именно единичные атомы гольмия на подложке из оксида магния использовались исследователями из IBM Research для успешных экспериментов по сохранению независимых битов данных с предельным одноатомным лимитом.

Для считывания состояния единичных атомов гольмия по принципу туннельного магнитосопротивления и записи данных с помощью импульсов тока использовался знаменитый сканирующий туннельный микроскоп (scanning tunneling microscope, STM), за изобретение которого Герд Карл Бинниг и Генрих Рорер из лаборатории IBM в швейцарском Цюрихе в 1986 году были удостоены Нобелевской премии.