Конференція Високопродуктивні обчислення, Київ, 13-15 жовтня 2014

Молекулярні накопичувачі інформації спрощуються

24 січня 2013

Серед експериментальних технологій, спрямованих на вдосконалення електронно-обчислювальної техніки, почесне місце займає так звана молекулярна пам'ять.

Її суть полягає в тому, що сховищем інформації слугують особливі індивідуальні молекули, розташовані між двома електродами-феромагнетиками, які виконують запис інформації на молекули-носії. Перевага технології — в дуже високій щільності пам'яті, яка в 1000 разів перевершує нинішні пристрої.

Перші розробки, що стосуються молекулярної пам'яті, передбачали охолодження всього пристрою до гранично низьких температур, близьких до абсолютного нуля. Але згодом виявилося, що можна обійтися без глибокого охолодження, що молекули можуть зберігати інформацію і при температурах, близьких до точки замерзання води, тобто до 0˚ C.

Схема молекулярної комірки пам'яті: пара графенових фрагментів з атомами цинку поєднуються один з іншим та накладаються на феромагнітний електрод (малюнок Christine Daniloff / MIT)

В статті, опублікованій в Nature, група дослідників з Массачусетського технологічного інституту (США) описує низку прийомів, за допомогою яких можна спростити технологію створення молекулярних запам'ятовуючих пристроїв.

Зазвичай такі пристрої, як було сказано, мають вигляд такого собі феромагнітного сендвіча: між двома феромагнітними електродами знаходиться шар запам'ятовуючих молекул. Зміни в орієнтації магнітних моментів в електроді спричиняють зміни провідності всього приладу. Зміни в провідності підкоряються бінарній логіці, тобто можуть бути прирівняні до 1 або 0.

Але дослідники виявили два стрибки провідності. Це було схоже на те, якби обидва феромагнітних електрода впливали на молекулярний шар між ними незалежно один від одного.

Коли один з електродів замінили на простий метал без феромагнітних властивостей, молекулярний шар продовжував змінювати свою провідність, але на цей раз молекули здійснювали всього один стрибок, та для цього їм, очевидно, було достатньо тільки одного феромагнетика.

Якщо можна обійтися лише одним феромагнітним електродом, це сильно спрощує створення подібних пристроїв та робить зберігання інформації в них більш надійним. За словами дослідників, другий феромагнетик може втручатися в магнітну орієнтацію молекулярних елементів пам'яті, проте цього не відбувається, якщо використовувати неферомагнітний метал.

Автори статті описують ще одне прогресивне спрощення. Зазвичай молекулярна начинка складається з п'яти-шести шарів молекул, та щоб вони працювали узгоджено, потрібно приділити особливу увагу їх взаєморозміщенню.

Якщо шари будуть розміщені один відносно одного невпорядковано, то організувати стрибок провідності в комірці пам'яті складно. Вчені запропонували в якості запам'ятовуючих комірок так звані графенові фрагменти — листи з вуглецевих атомів, модифіковані цинком.

Такі структури, за словами авторів роботи, самі вирівнюються один відносно іншого; крім того, достатньо всього двох шарів, щоб організувати комірку пам'яті. Завдяки сильній взаємодії молекул з магнітною поверхнею з ними можна працювати навіть при кімнатній температурі.

Однак зараз зміни провідності в подібних пристроях ще не надто великі — а звідси й ефективність запису інформації залишає бажати кращого, незважаючи на високу щільність комірок. Тому говорити про комерційні перспективи ще рано.

Дослідники сподіваються, що цю проблему допоможе вирішити пошук нових, більш «поступливих» молекул, які можна використовувати для запам'ятовуючого шару. Цікаво, звичайно, хто кого обжене — суто фізико-хімічні нанотехнології або ж молекулярні накопичувачі, засновані на біологічних макромолекулах ...

Підготовлено за матеріалами MIT News.

Теги: нанотехнології, пам'ять, сховище, технології

Матеріали за темою:

Коментарі