Från smartphones till superdatorer, det växande behovet av mindre och mer energieffektiva enheter har gjort datalagring med högre densitet till ett av de viktigaste tekniska uppdragen.

Nu har forskare vid University of Manchester bevisat att lagring av data med en klass av molekyler som kallas singelmolekylmagneter är mer genomförbart än man tidigare trott.

Forskningen, ledd av Dr David Mills och Dr Nicholas Chilton, från Kemihögskolan, publiceras i Natur . Det visar att magnetisk hysteres, en minneseffekt som är en förutsättning för all datalagring, är möjligt i enskilda molekyler vid -213 °C. Detta är extremt nära temperaturen för flytande kväve (-196 °C).

Resultatet innebär att datalagring med enstaka molekyler kan bli verklighet eftersom dataservrarna kunde kylas med relativt billigt flytande kväve vid -196°C istället för betydligt dyrare flytande helium (-269°C). Forskningen ger proof-of-concept att sådana tekniker kan vara möjliga inom en snar framtid.

Potentialen för lagring av molekylär data är enorm. För att sätta det i ett konsumentsammanhang, molekylär teknologi kan lagra mer än 200 terabit data per kvadrattum - det är 25, 000 GB information lagrad i något ungefär lika stort som ett 50p-mynt, jämfört med Apples senaste iPhone 7 med en maximal lagringskapacitet på 256 GB.

Enmolekylmagneter uppvisar en magnetisk minneseffekt som är ett krav för all datalagring och molekyler som innehåller lantanidatomer har uppvisat detta fenomen vid de högsta temperaturerna hittills. Lantanider är sällsynta jordartsmetaller som används i alla former av vanliga elektroniska enheter som smartphones, surfplattor och bärbara datorer. Teamet uppnådde sina resultat med hjälp av lantanidelementet dysprosium.

Dr Chilton säger:"Detta är väldigt spännande eftersom magnetisk hysteres i enstaka molekyler innebär möjligheten till binär datalagring. Att använda enstaka molekyler för datalagring skulle teoretiskt kunna ge 100 gånger högre datatäthet än nuvarande teknologier. Här närmar vi oss temperaturen för flytande kväve, vilket skulle innebära att datalagring i enstaka molekyler blir mycket mer lönsam ur ekonomisk synvinkel.'

De praktiska tillämpningarna av datalagring på molekylär nivå kan leda till mycket mindre hårddiskar som kräver mindre energi, vilket innebär att datacenter över hela världen kan bli mycket mer energieffektiva.

Till exempel, Google har för närvarande 15 datacenter runt om i världen. De bearbetar i genomsnitt 40 miljoner sökningar per sekund, resulterar i 3,5 miljarder sökningar per dag och 1,2 biljoner sökningar per år. För att hantera all denna data, i juli förra året, det rapporterades att Google hade cirka 2,5 miljoner servrar i varje datacenter och att antalet sannolikt skulle öka.

Vissa rapporter säger att energin som förbrukas vid sådana centra kan stå för så mycket som 2 procent av världens totala utsläpp av växthusgaser. Detta innebär att varje förbättring av datalagring och energieffektivitet också kan ha enorma fördelar för miljön och avsevärt öka mängden information som kan lagras.

Dr Mills tillägger:"Detta framsteg överskuggar det tidigare rekordet som låg på -259 °C, och det tog nästan 20 års forskningsansträngning att nå. Vi är nu fokuserade på framställningen av nya molekyler inspirerade av designen i denna artikel. Vårt mål är att uppnå ännu högre driftstemperaturer i framtiden, fungerar idealiskt över temperaturer för flytande kväve.'