Er is een gezegde dat de hoeveelheid gegevens altijd groeit totdat alle beschikbare ruimte wordt gevuld. Misschien twintig jaar geleden was het gebruikelijk om software, mp3-muziek, films en andere bestanden op een computer op te slaan die zich in de loop der jaren hadden kunnen opstapelen. In die tijd, toen harde schijven tientallen gigabytes aan geheugen konden bevatten, liepen ze bijna onvermijdelijk over.
Nu snel breedbandinternet beschikbaar is en we niet eens nadenken over het downloaden van een 4,7 GB dvd, is de gegevensopslag nog sneller. De totale hoeveelheid gegevens die wereldwijd op computers is opgeslagen, groeit naar schatting van 4,4 biljoen gigabyte in 2013 tot 44 biljoen in 2020. Dit betekent dat we gemiddeld ongeveer 15 miljoen gigabyte per dag genereren. Hoewel harde schijven nu worden gemeten in duizenden gigabytes in plaats van tientallen, hebben we nog steeds een opslagprobleem.
Veel onderzoek en ontwikkeling wordt besteed aan het vinden van nieuwe manieren om gegevens op te slaan die een grotere dichtheid mogelijk maken en daardoor meer informatie kunnen opslaan met een grotere energie-efficiëntie. Soms komt dit door het updaten van bekende en bekende methoden. Zo kondigde IBM onlangs een nieuwe technologie aan. Hun magneetband kan 25 gigabyte aan informatie per vierkante inch (ongeveer 6,5 vierkante centimeter) opslaan - een nieuw wereldrecord voor een technologie die zestig jaar oud is. Hoewel de huidige solid-state harde schijven een hogere dichtheid hebben, ongeveer 200 gigabyte per vierkante inch, worden magnetische tapes nog steeds vaak gebruikt voor het maken van back-ups van gegevens.
Modern onderzoek op het gebied van gegevensopslag heeft echter al te maken met individuele atomen en moleculen, wat objectief gezien de laatste limiet is van technologische miniaturisatie.
Monatomaire en monomoleculaire magneten hoeven niet te communiceren met naburige magneten om hun magnetisch geheugen te behouden. Het punt is dat hier het geheugeneffect voortkomt uit de wetten van de kwantummechanica. Omdat atomen of moleculen veel kleiner zijn dan momenteel gebruikte magnetische domeinen en afzonderlijk kunnen worden gebruikt in plaats van in groepen, kunnen ze dichter worden "verpakt", wat kan leiden tot een enorme sprong in datadichtheid.
Dit soort werk met atomen en moleculen is geen sciencefiction meer. De effecten van magnetisch geheugen in enkel-moleculaire magneten werden voor het eerst ontdekt in 1993, en vergelijkbare effecten voor enkel-atomige magneten werden aangetoond in 2016.
Het grootste probleem waarmee deze technologieën van het laboratorium tot de massaproductie worden geconfronteerd, is dat ze nog niet werken bij normale omgevingstemperaturen. Zowel enkelvoudige atomen als enkelmoleculaire magneten vereisen koeling met vloeibaar helium (tot een temperatuur van - 269 ° C), en dit is een dure en beperkte hulpbron. Onlangs bereikte een onderzoeksgroep aan de University of Manchester School of Chemistry echter magnetische hysterese, of het verschijnen van een magnetisch geheugeneffect, in een magneet met één molecuul bij -213 ° C met behulp van een nieuw molecuul afgeleid van zeldzame aardelementen, zoals gerapporteerd in hun brief aan het tijdschrift Nature. Dus nadat ze een sprong van 56 graden hadden gemaakt, waren ze slechts 17 graden verwijderd van de temperatuur van vloeibare stikstof.
Er zijn echter ook andere problemen. Om individuele gegevensbits daadwerkelijk op te slaan, moeten de moleculen op oppervlakken worden bevestigd. Dit is in het verleden al bereikt met magneten met één molecuul, maar niet voor de nieuwste generatie hogetemperatuurmagneten. Tegelijkertijd is dit effect al aangetoond op afzonderlijke atomen die op het oppervlak zijn bevestigd.
Promotie video:
De ultieme test is het aantonen van niet-destructief lezen van informatie van individuele atomen en moleculen. Dit doel werd in 2017 voor het eerst bereikt door een team van onderzoekers van IBM, dat het kleinste magnetische opslagapparaat demonstreerde dat is gebouwd met een mono-atomaire magneet.
Ongeacht of monatomische en enkelmoleculaire geheugenapparaten daadwerkelijk in de praktijk zullen worden toegepast en wijdverspreid zullen worden, kunnen de verworvenheden van de fundamentele wetenschap in deze richting niet anders dan als gewoonweg fenomenaal worden erkend. Methoden voor synthetische chemie die zijn ontwikkeld door onderzoeksgroepen die werken met enkelmoleculaire magneten, maken het vandaag mogelijk om moleculen te creëren met individuele magnetische eigenschappen, die toepassing zullen vinden in quantum computing en zelfs in magnetische resonantiebeeldvorming.
Igor Abramov
