Forskare vid IBM har nått den nedre gränsen för en cell i magnetiska minnen. Efter 30 års forskning inom nanoteknik vid IBM har forskare för första gången nu framgångsrikt demonstrerat möjligheten att lagra information i vad som uppges vara världens minsta, magnetiska minnesenhet Att lagra en bit sker med hjälp av endast 12 magnetiska atomer.

Det är betydligt mindre än i dagens hårddiskar som använder runt en miljon atomer för att lagra en bit. Att förstå hur man kan manipulera materia i sina mest grundläggande beståndsdelar – atom för atom – kan leda till en viktig förståelse som i sin tur är nödvändig för att bygga mindre, snabbare och mer energieffektiva minnesenheter. Med framtida nanostrukturer är det enligt forskarna möjligt att lagra minst 100 gånger mer information på en minnesenhet än vad som kan göras på dagens hårddiskar eller solid state minneschips. Detta kan enligt IBM ske tack vare en okonventionell form av magnetism – kallad antiferromagnetism..

Transistortekniken i kisel har blivit billigare, tätare och effektivare men grundläggande fysiska begränsningar ger att konventionell skalning i längden är ohållbar. Alternativa strategier behövs för fortsatta, snabba datorinnovationer, enligt forskarna.

Fram tills nu var det okänt hur många atomer det skulle gå åt för att bygga en tillförlitlig, magnetiskt minnesbit. Med en ny metod som utgår från atomen som en minsta enhet för datalagring har forskare i experiment demonstrerat en magnetisk lagring av en bit med hjälp av tolv atomer. Framtida tillämpningar av nanostrukturer byggda med en atom i taget, och som använder en okonventionell form av magnetism som kallas antiferromagnetism, kan lagra minst100 gånger mer information än dagens hårddiskar och solid state minneschips på samma utrymme.

Med egenskaper liknande dem hos vanliga magneter använder ferromagneter en magnetisk växelverkan mellan de ingående atomerna som anpassar sitt spinn – ursprunget till atomernas magnetism – i en enda riktning. Ferromagneter har fungerat bra för magnetisk datalagring men ett stort hinder för miniatyrisering ner till atomnära dimensioner är det ömsesidiga samspelet mellan angränsande bitar. Magnetiseringen av en magnetisk bit kan starkt påverka en intilliggande bit som ett resultat av dess magnetiska fält. Att utnyttja magnetiska bitar på atomär skala för att behålla information eller utföra användbara datoroperationer kräver en exakt kontroll över samspelet mellan bitarna.

Forskarna vid IBM Research använde ett Sveptunnelmikroskop (STM) för att på atomnivå konstruera en gruppering av tolv antiferromagnetiskt kopplade atomer som lagrade en bit data i timmar vid låga temperaturer. Med utnyttjande atomernas inneboende, växlande magnetiska spinnriktningar demonstrerades möjligheten att packa angränsande magnetiska bitar mycket närmare varandra än vad tidigare varit möjligt. Detta ökade kraftigt den magnetiska lagringsdensiteten utan att störa tillståndet i angränsande bitar.

Den här bilden visar en magnetisk byte avbildad fem gånger i olika magnetiska tillstånd för att lagra ASCII-koden, för varje bokstav i ordet THINK, (ett företagsmantra som använts av IBM sedan 1914). Forskarna lyckades med det här genom att använda 96 järnatomer. (En bit lagrades med 12 atomer och det finns åtta bitar i varje byte).

Forskningsresultaten har publicerats i den vetenskapliga tidskriften Science.

Filed under: Utländsk Teknik