Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Египетские иероглифы, вырезанные в камне. Плотность записи информации тут едва ли превышает треть бита на квадратный сантиметр. Зато какова долговечность... (фото Rusty Orr)
Одна ячейка "Челночной памяти" представляет собой "туннель" из многослойной углеродной нанотрубки, закреплённый между электродами, по которому взад-вперёд, словно поезд, движется кристаллическая наночастица железа (иллюстрация American Chemical Society).
Схема "Челночной памяти" и её реальное воплощение в опытном устройстве. Авторы работы на практике показали создание такой трубки с заключённым внутри "поездом" и прецизионное управление перемещением последнего. Детали опытов описаны в статье в Nano Letters (иллюстрации и фото Zettl Research Group, Lawrence Berkeley National Laboratory, University of California at Berkeley).
Принцип работы Racetrack memory. Детали можно найти в статье в Science (иллюстрация Arthur Mount/IBM).
За несколько последних лет плотность записи на жёстких дисках выросла на порядки, и устройства куда меньшего размера вмещают в десятки раз больше данных, чем прежние модели. Да ещё и стоят совсем недорого. Чего, казалось бы, желать? Увы, у этих аппаратов есть один, но принципиальный недостаток – наличие движущихся частей (фото Ian Wilson).

МЕМБРАНА: Наночелноки запомнят биты на миллиард лет

Ключевые слова:  хранение информации

Опубликовал(а):  Кузнецов Сергей Сергеевич

12 сентября 2009

Поневоле задумаешься — не вернуться ли к клинописи? Кстати, печатное представление информации (в виде текста или даже рисунков) вполне может претендовать на роль метода хранения архивных данных на невообразимо долгий срок. Нужно только решить — чем именно и на чём печатать, если, конечно, мы хотим совместить долговечность такого носителя с высокой плотностью упаковки, хотя бы примерно сопоставимой с таковой у микросхем и магнитных дисков.

Выход известен: нужно использовать наногравировку ионными пучками. В 2007-м при помощи такой технологии израильские учёные разместили весь текст Ветхого завета на кончике иглы. Но такой носитель не годится в качестве компьютерной цифровой памяти — он же аналоговый. Итак, можем ли мы получить и высокую плотность, и необычайную долговечность, и совместимость с цифровыми технологиями одновременно? "Да", — считает профессор Алекс Зеттл (Alex Zettl) из Калифорнийского университета в Беркли. Алекс известен нам по целому ряду работ в области нано- и микромеханических систем. Свежий пример — миниатюрные пластинки, приводимые в движение светом. А созданный некогда в группе Зеттла "невозможный" выпрямитель тепла даже заставил крепко призадуматься физиков-теоретиков.

И вот новый его шедевр: "Наноразмерный реверсивный транспорт массы" (Nanoscale Reversible Mass Transport), или "Челночная память" (Shuttle memory). Перемещением наночелнока в такой системе можно управлять при помощи простого приложения напряжения к концам трубки. Причём величина этого напряжения аналогична той, что существует в микросхемах. Положение же наночастицы внутри трубки может быть легко определено путём измерения электрического сопротивления. Уже простое размещение такого челнока у левого или правого (или верхнего и нижнего, в зависимости от положения нанотрубки) края туннеля даёт возможность записать двоичные нули или единицы. Соответственно, крупное сообщество трубок может быть применено для хранения огромных массивов данных.

А ведь ещё остаётся теоретическая возможность задействовать промежуточные позиции наночастицы, что увеличит плотность записи ещё в сотни раз (позиционирование шаттла осуществляется очень точно, — утверждают физики). Не в первый раз учёные пробуют приспособить углеродные нанотрубки для записи двоичной информации. Скажем, в 2005-м в США был создан прототип чипа памяти, в котором нули и единицы представлены в виде по-разному изогнутых нанотрубок. Однако работа такого устройства требовала настройки тонкого баланса сил, что ставило вопрос о реальной его способности хранить информацию без сбоев действительно долгое время. В челночной же памяти биты "устроены" более основательно и, можно сказать, грубо, несмотря на нанометровые размеры элементов. В теории Shuttle memory может содержать до 1012 бит на квадратный дюйм. Она не требует энергии при хранении информации. Но главное, по расчётам авторов устройства, такая система остаётся стабильной миллиард лет!

Между тем она в любой момент готова к перезаписи, то есть данная память — вовсе не одноразовая, и, по идее, такой чип можно применять даже в роли "оперативки" в PC. Трудно представить, зачем нам могла бы понадобиться память с такой долговечностью, однако Зеттл полагает, что данный параметр просто говорит о высокой надёжности системы, которая окажется нелишней при архивации важных данных. Ведь, к примеру, современным DVD специалисты дают срок годности лет в 30, а потом информацию потребуется перезаписывать на новый диск.

Впрочем, пока память, придуманная Зеттлом и его коллегами, — лишь лабораторный образец нанотрубки с шаттлом внутри, который учёные увлечённо снимают на видео под микроскопом. А что ещё появится на арене к тому времени, когда она дойдёт до практически пригодного устройства? Может, все виды памяти затмит другое изобретение последних лет "Память – гоночный трек" (Racetrack memory)? Это устройство Стюарт Паркин (Stuart Parkin) из IBM придумал "на кончике пера" ещё в 2003 году, однако до недавнего времени у учёного не было никаких практических доказательств выполнимости идеи. А заключается она в следующем. Один элемент такой памяти представляет собой нанопровод, изогнутый в виде подковы или буквы U. Нанопроводок этот намагничен и, что важно, имеет сразу несколько участков различной полярности. Это аналог магнитных доменов на жёстком диске, так что границы между ними являются аналогами нулей и единичек. Но только вот ни сам провод, ни системы записи и считывания здесь никуда не движутся. Как же происходит запись и выборка информации?

Секрет — в спинтронике. Паркин установил, что границы магнитных доменов в нанопроводе можно произвольно сдвигать вдоль этого самого провода, пропуская через него спин-поляризованный ток. При этом порядок расположения намагниченных зон не меняется — записанные ранее биты аккуратно переезжают друг за дружкой "в затылок", словно гоночные авто на треке (отсюда и название памяти). Отдельные спинтронные устройства внизу "подковы" производят запись (перемену полярности доменов) и считывание ориентации этих участков. А короткие импульсы тока через сам проводник подставляют под "считывающие головки" тот или иной фрагмент данных (от направления тока зависит и направления движения магнитных зон). Красота. Тут никуда не "едут" не то что отдельные детали устройства, но даже отдельные атомы. И в этом плане данная магнитная память выгодно отличается от жёстких дисков. "Гоночный трек" энергонезависим (то есть не требует питания во время хранения данных), он быстр (время доступа — меньше наносекунды), очень надёжен и очень ёмок. Массив таких буковок U, размещённый на поверхности микросхемы, теоретически способен вместить на одинаковой площади в 100 раз больше данных, чем транзисторные чипы-флэшки, при сохранении скромной цены, сообщает американский исследователь.

Несколько лет никто не хотел верить, что такая схема будет работать. Но вот в апреле прошлого года Паркину впервые удалось сместить магнитные домены в нанопроводнике при помощи спинового тока. Правда, одновременно в опытном образце хранились только три бита. Но зато они не смешивались и не исчезали при своём перемещении через материал. А в декабре 2008-го число битов в одном проводке удалось поднять до шести. Вскоре же, надеется учёный, ему удастся вместить в одной "нанобукве U" 10 бит, а в идеале хотелось бы довести этот параметр до 100. Тогда Racetrack уже сможет по плотности записи составить конкуренцию лучшим жёстким дискам.

Паркин уже установил, что секрет увеличения числа битов в одном элементе заключается в том, чтобы точно контролировать его диаметр: в узком и более однородном нанопроводе спокойно передвигается больше отличных магнитных зон. Также исследователю ещё предстоит подобрать самый лучший материал для такой памяти, дабы свести к минимуму величину тока, необходимого для смещения доменов, а значит — энергопотребление устройства в момент чтения или записи. Заметим, совмещение классической электроники со спинтронными элементами (то есть схемами, манипулирующими спин-поляризованными токами) — перспективное направление развития микроэлектроники. Спинтроника уже осваивает кремний, а стало быть, приближается к массовому применению. В последнее время тут появилась масса интересных устройств. Так, учёные уже нашли источник спинового напряжения и создали прототип спиновой батареи и спиновой памяти, кстати.

Если эксперименты Стюарта увенчаются успехом, будет открыт новый раунд жёсткой борьбы между твердотельными устройствами памяти (в которых нет подвижных частей) и дисками самых разных типов. Первые (в лице традиционных флэшек) регулярно наращивают параметры, магнитные диски стараются не отставать, а уж про оптические и говорить нечего: экзотические системы хранения вроде голографической, 200-слойной или пятимерной оперируют уже терабайтами в расчёте на один диск. Память Racetrack — это шанс для чипов нанести сокрушительный удар по всем дискам, как магнитным, так и оптическим, и, конечно же, по распространённым твердотельным носителям. Вместе с Shuttle memory она являет собой яркий пример возможности преодоления границ в росте характеристик электронных устройств. Нужно лишь уметь отойти от стереотипов.


Источник: МЕМБРАНА




Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Полимерные нанокомпозиты
Полимерные нанокомпозиты

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Наноструктуры в природе. Крылья ночной бабочки – акустические метаматериалы. Доменный зигзаг: новый поворот в теории микромагнетизма. Новый материал для оптических терагерцовых элементов. Водород в графине. Следопыты сверхбыстрых процессов: определение длительности световой пули. Нобелевская премия 2022.

Наносистемы: физика, химия, математика (2022, Т. 13, № 5)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume13/13-5
Там же можно скачать номер журнала целиком.

7-9 октября - Фестиваль НАУКА 0+ в Москве
7-9 октября в Москве будут проходить мероприятия в рамках Всероссийского фестиваля НАУКА 0+ — одного из крупнейших просветительских проектов в области популяризации науки в мире и одного из ключевых событий в рамках Десятилетия науки и технологий.

Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2022
Коллектив авторов
Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2022 содержат следующую информацию:
• Подготовка бакалавров на факультете наук о материалах МГУ
• Состав Государственной Экзаменационной Комиссии
• Расписание защит выпускных квалификационных работ бакалавров
• Аннотации квалификационных работ бакалавров

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2022 году
коллектив авторов
24 - 27 мая пройдут защиты магистерских квалификационных работ выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

Пятилетка Олимпиады "Нанотехнологии - прорыв в будущее!": что было и что может быть в будущем
Е.А.Гудилин , А.А.Семенова
Уже более 15 лет живет и развивается Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в будущее!". За всю историю Олимпиады было предложено много инновационных решений, охват олимпиадой составил более 50 000 участников по всей Российской Федерации и странам ближнего зарубежья. В статье приводятся статистические данные по Олимпиаде и возможные пути ее дальнейшего развития.

Эра технопредпринимательства

В эпоху коронавируса и борьбы с ним в существенной степени меняется парадигма выполнения творческих работ и ведения бизнеса, в той или иной мере касаясь привлечения новых типов дистанционного взаимодействия, использования виртуальной реальности и элементов искусственного интеллекта, продвинутого сетевого маркетинга, использования современных информационных технологий и инновационных подходов. В этих условиях важным является, насколько само общество готово к использованию этих новых технологий и как оно их воспринимает. Данной проблеме и посвящен этот небольшой опрос, мы будет рады, если Вы уделите ему пару минут и ответите на наши вопросы.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.