Een bit hoeft niet meer dan 12 atomen te vergen

12 atomen. Die volstaan voor het opslaan van één bit aan informatie, hebben wetenschappers van IBM bewezen. Dat is aanmerkelijk minder dan de ongeveer 1 miljoen atomen die een bit nu op harde schijven in beslag neemt. En dat betekent dat men op een gegeven oppervlak veel meer informatie kwijt kan dan tot nog toe gedacht werd.

De sleutel tot de superverdichting van de informatie-opslag is een fenomeen dat antiferromagnetisme heet. IBM slaagde erin om atomen zo te manipuleren dat ze om en om een tegengestelde magnetische spin krijgen. Daardoor verdwijnt de neiging van naburige atomen om zich naar het magnetische veld te richten, die ferromagnetisme kenmerkt. En dat betekent dat de afstanden die aangehouden moeten worden tussen de bits sterk verkleind kunnen worden. IBM heeft een filmpje met uitleg op YouTube geplaatst.

 

12 atomsMet de techniek kan de opslagdichtheid fors opgeschroefd worden. Een hedendaagse harde schijf van 1 terabyte kan met deze techniek zeker 100, misschien wel 150 terabyte opslaan, denkt IBM. Vergeleken bij flashgeheugen kan de dichtheid een factor 160 worden opgeschroefd, en ten opzichte van direct random access memory biedt de techniek een 417 maal hogere dichtheid.

Het zal nog wel een jaar of vijf à tien duren voordat de techniek in werkende systemen te zien zal zijn, verwacht IBM. In de proefopzet manipuleerde IBM de atomen bij lage temperaturen met een scanning tunneling microscoop. De bouw van systemen die dit kunststukje bij kamertemperatuur en bij hoge snelheid kunnen herhalen, moet nog beginnen.

‘Moore’s Law is basically the drive of the industry to shrink components down little by little and then solve the engineering challenges that go along with that but keeping the basic concepts the same. The basic concepts of magnetic data storage or even transistors haven’t really changed over the past 20 years’, zo zegt Andreas Heinrich van IBM Research. ‘The ultimate end of Moore’s Law is a single atom. That’s where we come in’. Verder: ‘We started with one iron atom and used the tip of scanning tunneling microscope to switch magnetic information in successive atoms. We worked our way up until eventually they succeeded in storing one bit of magnetic information reliably in 12 atoms. The tip of the scanning tunneling microscope was then used to switch the magnetic information in the bits from a zero to a one and back again, allowing us to store information’.

IBM gebruikte ijzeratomen op kopernitraat om deze experimenten uit te voeren, maar theoretisch gezien zouden andere materialen wellicht minder dan 12 atomen vergen. Het experiment werd uitgevoerd op een temperatuur van 1 graad Kelvin (-272 °C, -458 °F). ‘We use low temperatures because it enables us to start from one atom and assemble bigger and bigger structures while keeping an eye on their magnetic properties. The more atoms we use to make each bit, the more stable the bits become. We anticipate that in order to make bits of this type that are stable at room temperature would require about 150 atoms per bit (rather than 12 atoms at low temperatures’, zo stelt IBM.

De onderzoekers combineerden 96 bits ‘to make one byte of data, such as a letter or number. We then put many of the bytes together to create information. The first word we spelled using this new technique: THINK, which required five bytes of information or 480 magnetized atoms’.

Heinrich wijst er snel op ‘that the breakthrough is more theoretical than practical at this point; storage manufacturers aren’t going to build a storage devices that use a scanning tunneling microscope to switch bits back and forth to store data. But the research proves storage mediums can be vastly denser than they are today. If you look at magnetic data storage element in a solid state device, like a spintronics device or in a hard disk drive, you have about one million atoms in each bit. So you have a lot of leeway from where we currently are’.

Share This:

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *