Новый рекорд по упаковке данных: 35 бит на один атом!

Системы хранения данных, использующие
1 атом - 1 бит

Исследователи из Стэндфордского Института (Stanford University) создали наименьшую в мире надпись – размером 0,3 нанометра, составляющую логотип Института – буквы «S» и «U».

Эксперимент проводился в лаборатории SIMES – Stanford Institute for Materials and Energy Sciences.

Интересно то, что надпись субатомная, и не имеет никакого родства со знаменитым логотипом IBM, Выполненным в 1989 г. из 35 атомов ксенона. Буквы сформированы интерференционной картиной квантовых электронных волн на поверхности медной полоски. Волновая картина проецируется в виде миниатюрной голограммы, которую можно видеть через микроскоп.

Один из ученых, профессор Хари Манохаран (Hari Manoharan) говорит, что подобные голограммы открывают новый путь для упаковки данных в носителях информации. Нанотехнологии уже обещают фантастические емкости атомных и спинтронных устройств хранения данных, но, похоже, и это не предел!

В проведенном эксперименте исследователям удалось упаковать аж 35 бит в электроне для формирования одной буквы! Это наглядно доказывает, что предпосылки спинтроники 1 атом – 1 бит уже преодолены! В каждом атоме можно хранить больше информации, чем 1 бит, и это доказали Манохаран и его коллеги.

IBM – xenon

В 1989 году Дону Эйглеру, учёному из IBM, впервые удалось с помощью STM манипулировать отдельными атомами и составить аббревиатуру «I-B-M» из 35 атомов ксенона, что стало мировым рекордом составления самого миниатюрного корпоративного логотипа.

Фейнмановская лекция «Там, внизу – много места!» теперь предстает в новом свете! Вполне вероятно, что и это достижение – только начало новых исследований по упаковке информации в атомарную структуру материи.

Работая в антивибрационном помещении лаборатории Стэнфорда, Манохаран и его коллега Мун с помощью сканирующего туннельного микроскопа смогли захватывать и перемещать отдельные молекулы монооксида углерода на поверхности медной подложки, выстраивая из них необходимый шаблон.

Молекулы внесли изменения в обычное состояние электронов на двумерной поверхности медной подложки. Результат – наличие интерференционной картины, изменяющейся от расположения атомов монооксида углерода.

Фактически этот простой принцип и дал ученым упаковывать информацию. Технология, названа электронно-квантовой голографией (Electronic Quantum Holography – EQH), по аналогии с обычной голографией. Напомним, когда записывают традиционную голограмму, в определённой области пространства складывают две волны: одна из них идёт непосредственно от источника (опорная волна), а другая отражается от объекта записи (объектная волна).

Рис. 1. Голограмма EQH из двух символов S и U

В области стоячей электромагнитной волны размещают фотопластинку (или иной регистрирующий материал), в результате на этой пластинке возникает сложная картина полос потемнения, которые соответствуют картине интерференции в этой области пространства. Если теперь эту пластинку осветить волной, близкой к опорной, то она преобразует эту волну в волну, близкую к объектной. Таким образом, мы будем видеть такой же свет, какой отражался бы от объекта записи.

В эксперименте, проведенном нанотехнологами, в роли опорной волны выступают поверхностные электроны, в избытке находящиеся на медной подложке. И, как следствие, голографический «электронный объект» можно прочитать с помощью сканирующего туннельного микроскопа.

В одной и той же голограмме можно хранить несколько изображений, каждое из которых формируется отдельной длиной волны электронов. Естественно, что и читать их нужно по отдельности (на изображении приведены сразу оба символа).

Основная задача Манохарана и его коллег – сохранять большее количество информации в малых объемах. Судя по результатам, это ученым вполне удается. Как говорит Манохаран: «Там, внизу, оказалось еще больше места, чем мы ожидали, поэтому переход в субатомный диапазон более чем реален, и наши приоритеты – работа в этой области, так как именно это – приоритетное направление в нанотехнологиях».

О своих достижениях Манохаран и Мун сообщили в текущем выпуске журнала Nature Nanotechnology: «Quantum Holographic Encoding in a Two-Dimensional Electron Gas».

Исследование поддержано несколькими организациями: Office of Basic Energy Sciences; Department of Energy Office of Science; Office of Naval Research; NSF; Stanford-IBM Center for Probing the Nanoscale.

Свидиненко Юрий

Источник(и):

1. PhysOrg: Sub-atomic-scale Writing Using a Quantum Hologram Sets New Size Record