Chung

Cách lưu trữ dữ liệu trên nam châm có kích thước bằng một nguyên tử

Cách lưu trữ dữ liệu trên nam châm có kích thước bằng một nguyên tử


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Từ tính hữu ích theo nhiều cách và hiệu ứng bộ nhớ từ tính xuất hiện ngay cả ở cấp độ nguyên tử.

Có một câu ngạn ngữ nói rằng dữ liệu sẽ mở rộng để lấp đầy tất cả dung lượng hiện có. Có lẽ cách đây 10 hoặc 20 năm, người ta thường tích trữ các chương trình phần mềm, nhạc MP3, phim và các tệp khác, mà có thể mất nhiều năm để thu thập. Trong những ngày mà ổ đĩa cứng cung cấp vài chục GB dung lượng lưu trữ, việc hết dung lượng là điều gần như không thể tránh khỏi.

Bây giờ chúng ta có internet băng thông rộng nhanh chóng và không nghĩ gì đến việc tải xuống một đĩa DVD 4,7 gigabyte, chúng ta có thể tích lũy dữ liệu nhanh hơn nữa. Ước tính tổng lượng dữ liệu được lưu trữ trên toàn thế giới sẽ tăng từ 4,4 nghìn tỷ gigabyte vào năm 2013 lên 44 nghìn tỷ gigabyte vào năm 2020. Điều này có nghĩa là chúng tôi đang tạo ra trung bình 15 triệu gigabyte mỗi ngày. Mặc dù các ổ đĩa cứng hiện được đo bằng hàng nghìn gigabyte chứ không phải hàng chục, chúng tôi vẫn gặp sự cố lưu trữ.

Nghiên cứu và phát triển tập trung vào việc phát triển các phương tiện lưu trữ dữ liệu mới có mật độ dày hơn và do đó có thể lưu trữ lượng dữ liệu lớn hơn và làm như vậy theo cách hiệu quả hơn về năng lượng. Đôi khi điều này liên quan đến việc cập nhật các kỹ thuật đã được thiết lập: gần đây IBM đã công bố một công nghệ băng từ mới có thể lưu trữ 25 gigabyte mỗi inch vuông, một kỷ lục thế giới mới cho công nghệ 60 năm tuổi. Trong khi ổ cứng tiêu dùng thể rắn hoặc từ tính hiện nay dày đặc hơn ở mức khoảng 200 gigabyte mỗi inch vuông, thì băng từ vẫn thường được sử dụng để sao lưu dữ liệu.

Tuy nhiên, mũi nhọn của nghiên cứu lưu trữ dữ liệu đang hoạt động ở cấp độ của các nguyên tử và phân tử riêng lẻ, thể hiện giới hạn cuối cùng của việc thu nhỏ công nghệ.

Truy tìm nam châm nguyên tử

Các công nghệ lưu trữ dữ liệu từ tính hiện tại - những công nghệ được sử dụng trong các đĩa cứng truyền thống với đĩa quay, tiêu chuẩn cho đến vài năm trước và vẫn còn phổ biến cho đến ngày nay - được xây dựng bằng phương pháp “từ trên xuống”. Điều này liên quan đến việc tạo ra các lớp mỏng từ một mảnh vật liệu sắt từ lớn, mỗi lớp chứa nhiều miền từ được sử dụng để chứa dữ liệu. Mỗi miền từ tính này được tạo ra từ một tập hợp lớn các nguyên tử được từ hóa, mà cực từ của chúng được thiết lập bởi đầu đọc / ghi của đĩa cứng để biểu thị dữ liệu dưới dạng nhị phân hoặc không.

Một phương pháp thay thế "từ dưới lên" sẽ liên quan đến việc xây dựng các thiết bị lưu trữ bằng cách đặt từng nguyên tử hoặc phân tử riêng lẻ, mỗi nguyên tử hoặc phân tử có khả năng lưu trữ một bit thông tin. Các miền từ tính giữ lại bộ nhớ từ tính của chúng do sự giao tiếp giữa các nhóm nguyên tử được nhiễm từ lân cận.

Mặt khác, nam châm đơn nguyên tử hoặc đơn phân tử không yêu cầu giao tiếp này với các nước láng giềng để giữ lại bộ nhớ từ của chúng. Thay vào đó, hiệu ứng bộ nhớ phát sinh từ cơ học lượng tử. Vì vậy, bởi vì các nguyên tử hoặc phân tử nhỏ hơn rất nhiều so với các miền từ hiện đang được sử dụng và có thể được sử dụng riêng lẻ thay vì theo nhóm, chúng có thể được đóng gói chặt chẽ hơn với nhau, điều này có thể dẫn đến sự gia tăng mật độ dữ liệu.

Làm việc với các nguyên tử và phân tử như thế này không phải là khoa học viễn tưởng. Hiệu ứng bộ nhớ từ tính trong nam châm đơn phân tử (SMM) được chứng minh lần đầu tiên vào năm 1993 và các hiệu ứng tương tự đối với nam châm đơn nguyên tử cũng được chứng minh vào năm 2016.

Tăng nhiệt độ

Vấn đề chính cản trở việc chuyển những công nghệ này ra khỏi phòng thí nghiệm và trở thành xu hướng phổ biến là chúng chưa hoạt động ở nhiệt độ môi trường xung quanh. Cả hai nguyên tử đơn và SMM đều yêu cầu làm mát bằng helium lỏng (ở nhiệt độ –269 ° C), một nguồn tài nguyên đắt tiền và hạn chế. Vì vậy, nỗ lực nghiên cứu trong 25 năm qua đã tập trung vào việc nâng cao nhiệt độ mà tại đó từ trễ - một minh chứng của hiệu ứng bộ nhớ từ - có thể được quan sát. Mục tiêu quan trọng là –196 ° C, vì đây là nhiệt độ có thể đạt được với nitơ lỏng, dồi dào và rẻ tiền.

Phải mất 18 năm cho bước thực chất đầu tiên hướng tới việc tăng nhiệt độ trong đó khả năng ghi nhớ từ tính trong SMM - mức tăng 10 ° C mà các nhà nghiên cứu ở California đã đạt được. Nhưng giờ đây, nhóm nghiên cứu của chúng tôi tại Trường Hóa học của Đại học Manchester đã đạt được độ trễ từ trong SMM ở –213 ° C bằng cách sử dụng một phân tử mới dựa trên nguyên tố đất hiếm dysprosocenium, như đã báo cáo trong một bức thư gửi cho tạp chí Nature. Với một bước nhảy vọt 56 ° C, nhiệt độ này chỉ cách nhiệt độ của nitơ lỏng 17 ° C.

Sử dụng trong tương lai

Tuy nhiên, có những thách thức khác. Để thực tế lưu trữ các bit dữ liệu riêng lẻ, các phân tử phải được cố định vào các bề mặt. Điều này đã được chứng minh với SMM trong quá khứ, nhưng không phải đối với thế hệ SMM nhiệt độ cao mới nhất này. Mặt khác, bộ nhớ từ tính trong các nguyên tử đơn lẻ đã được chứng minh trên một bề mặt.

Bài kiểm tra cuối cùng là trình diễn khả năng viết và đọc không phá hủy dữ liệu trong các nguyên tử hoặc phân tử đơn lẻ. Điều này đã đạt được lần đầu tiên vào năm 2017 bởi một nhóm các nhà nghiên cứu tại IBM, những người đã chứng minh thiết bị lưu trữ bộ nhớ từ tính nhỏ nhất thế giới, được chế tạo xung quanh một nguyên tử.

Nhưng bất kể thiết bị lưu trữ đơn nguyên tử hay đơn phân tử trở nên thực sự thiết thực, thì những tiến bộ trong khoa học cơ bản được thực hiện theo con đường này đều là hiện tượng. Các kỹ thuật hóa học tổng hợp được phát triển bởi các nhóm làm việc trên SMM hiện cho phép chúng tôi thiết kế các phân tử với các đặc tính từ tính tùy chỉnh, sẽ có ứng dụng trong tính toán lượng tử và thậm chí cả chụp cộng hưởng từ.

Nicholas Chilton, Nghiên cứu viên - Trường Hóa học, Đại học Manchester

Bài báo này ban đầu được xuất bản trên The Conversation. Đọc bài báo gốc.


Xem video: Tập 4 Luyện Âm Binh. Truyên Ma Pháp Sư hay. Nguyễn Huy (Có Thể 2022).