Jest takie powiedzenie, że ilość danych zawsze rośnie, dopóki nie wypełnią całej dostępnej przestrzeni. Być może dwadzieścia lat temu powszechne było przechowywanie na komputerze oprogramowania, muzyki w formacie MP3, filmów i innych plików, które mogły się gromadzić przez lata. W tamtych czasach, kiedy dyski twarde mogły pomieścić dziesiątki gigabajtów pamięci, prawie nieuchronnie kończyły się przepełnieniem.
Teraz, gdy dostępny jest szybki internet szerokopasmowy i nawet nie myślimy o pobraniu płyty DVD o pojemności 4,7 GB, przechowywanie danych jest jeszcze szybsze. Szacuje się, że całkowita ilość danych przechowywanych na komputerach na całym świecie wzrośnie z 4,4 biliona gigabajtów w 2013 roku do 44 bilionów w 2020 roku. Oznacza to, że średnio generujemy około 15 milionów gigabajtów dziennie. Mimo że dyski twarde są teraz mierzone w tysiącach gigabajtów, a nie dziesiątkach, nadal mamy problem z pamięcią masową.
Wiele badań i rozwoju jest poświęconych znalezieniu nowych sposobów przechowywania danych, które pozwoliłyby na większą gęstość, a tym samym przechowywanie większej ilości informacji przy większej efektywności energetycznej. Czasami jest to spowodowane aktualizacją znanych i dobrze znanych metod. Na przykład IBM niedawno ogłosił nową technologię. Ich taśma magnetyczna jest w stanie pomieścić 25 gigabajtów informacji na cal kwadratowy (około 6,5 centymetra kwadratowego) - nowy rekord świata w technologii, która ma sześćdziesiąt lat. Chociaż dzisiejsze dyski półprzewodnikowe mają większą gęstość, około 200 gigabajtów na cal kwadratowy, taśmy magnetyczne są nadal powszechnie używane do tworzenia kopii zapasowych danych.
Jednak współczesne badania w dziedzinie przechowywania danych już teraz zajmują się pojedynczymi atomami i cząsteczkami, co obiektywnie stanowi ostatnią granicę technologicznej miniaturyzacji.
Magnesy jednoatomowe i monomolekularne nie muszą komunikować się z sąsiednimi, aby zachować swoją pamięć magnetyczną. Chodzi o to, że tutaj efekt pamięci wynika z praw mechaniki kwantowej. Ponieważ atomy lub cząsteczki są znacznie mniejsze niż obecnie stosowane domeny magnetyczne i mogą być używane indywidualnie, a nie w grupach, mogą być ściślej upakowane, co może doprowadzić do gigantycznego skoku w gęstości danych.
Ten rodzaj pracy z atomami i cząsteczkami nie jest już science fiction. Wpływ pamięci magnetycznej na magnesy jednocząsteczkowe po raz pierwszy odkryto w 1993 r., A podobne efekty w przypadku magnesów jednoatomowych wykazano w 2016 r.
Głównym problemem, przed jakim stają te technologie, od laboratorium po masową produkcję, jest to, że nie działają one jeszcze w normalnych temperaturach otoczenia. Zarówno pojedyncze atomy, jak i magnesy jednocząsteczkowe wymagają chłodzenia ciekłym helem (do temperatury - 269 ° C), a jest to kosztowny i ograniczony zasób. Jednak ostatnio grupa badawcza ze Szkoły Chemii na Uniwersytecie w Manchesterze osiągnęła histerezę magnetyczną lub pojawienie się efektu pamięci magnetycznej w jednocząsteczkowym magnesie w temperaturze - 213 ° C przy użyciu nowej cząsteczki pochodzącej z pierwiastków ziem rzadkich, jak podano w liście do czasopisma Nature. Tak więc, po skoku o 56 stopni, spadły tylko o 17 stopni od temperatury ciekłego azotu.
Jednak są też inne problemy. Aby faktycznie przechowywać pojedyncze bity danych, cząsteczki muszą być przymocowane do powierzchni. Osiągnięto to już w przeszłości w przypadku magnesów jednocząsteczkowych, ale nie w przypadku magnesów wysokotemperaturowych najnowszej generacji. Jednocześnie efekt ten został już zademonstrowany na pojedynczych atomach osadzonych na powierzchni.
Film promocyjny:
Ostatecznym testem jest demonstracja nieniszczącego odczytu informacji z poszczególnych atomów i cząsteczek. Cel ten po raz pierwszy osiągnął w 2017 roku zespół naukowców z IBM, który zademonstrował najmniejsze magnetyczne urządzenie magazynujące zbudowane z jednoatomowego magnesu.
Jednak niezależnie od tego, czy jednoatomowe i jednocząsteczkowe urządzenia pamięci faktycznie będą stosowane w praktyce i staną się powszechne, osiągnięcia nauki fundamentalnej w tym kierunku można nie uznać za po prostu fenomenalne. Metody chemii syntetycznej opracowane przez grupy badawcze pracujące z magnesami jednocząsteczkowymi pozwalają dziś tworzyć cząsteczki o indywidualnych właściwościach magnetycznych, które znajdą zastosowanie w obliczeniach kwantowych, a nawet w obrazowaniu metodą rezonansu magnetycznego.
Igor Abramov