Adsorption och koppling av Co på BP. a Six Co -arter på BP som deponerade vid T <5 K (Vs =−400 mV, Det =20 pA, skala bar =1 nm). Boxade atomer visar arter relaterade genom spegelplan längs [010]. b Fyra atomer från a har bytts till JH, låg (Vs =−400 mV, Det =20 pA, skala bar =1 nm). c Två atomer från b har bytts till JH, hög (Vs =−400 mV, Det =20 pA, skala bar =1 nm). d Växlingsegenskaper från JH, låg till JH, hög med Vs =420 mV och e JH, hög till JH, låg med Vs =−680 mV. Ungefärliga tröskelspänningar för omkoppling (Vth) noteras. Orange cirklar indikerar spetspositionen under omkopplingssekvensen. De infällda bilderna som visar före och efter konfigurationer är 4 nm × 4 nm stora. f Schematisk framställning av adsorptionsenergikurvor för Co -arter på BP. Kreditera: Naturkommunikation (2018). DOI:10.1038/s41467-018-06337-4
Forskare vid Radboud University upptäckte en ny mekanism för magnetisk lagring av information i den minsta materiaenheten:en enda atom. Medan principbeviset demonstrerades vid mycket låga temperaturer, denna mekanism visar löfte för rumstemperaturdrift. På det här sättet, det kommer att vara möjligt att lagra tusentals gånger mer information än på nuvarande hårddiskar. Deras resultat publiceras idag i Naturkommunikation .
Eftersom vår nuvarande datorarkitektur inte blir mycket snabbare och använder mycket kraft, kombinerat med de exploderande kraven på att lagra information, forskare är intresserade av nya strategier för att lagra mer information på ett energieffektivt sätt. En potentiell väg är att lagra information vid den ultimata skalningsgränsen:en enda atom. "Datorer har nått grundläggande begränsningar för hur mycket bättre de kan bli, skapa en stor efterfrågan inom materialforskning efter alternativ. Moderna datorer använder mycket el, kräver för närvarande mer än 5 procent av världens el. Grundvetenskap säger att vi kan vinna mycket mer i energieffektivitet. Vi fokuserar på en mycket grundläggande komponent i moderna datorer:lite minne. Vi använder atomer, eftersom de är den minsta materiaenheten och också gör det möjligt för oss att ytterligare förstå den grundläggande vetenskapen bakom deras beteende. Vår nuvarande fråga:hur kan vi lagra information i en enda atom och hur stabil kan vi göra den informationen? ", författaren Brian Kiraly förklarar.
Atomer måste sluta vända för att lagra information
När du kommer ner till en atomnivå, atomer som är magnetiska, förblir inte längre stabila. "Det som definierar en permanent magnet är att den har en nord- och en sydpol, som förblir i samma riktning, "professor i skanningprobmikroskopi Alexander Khajetoorians förklarar, "Men när du kommer ner till en enda atom, atomens nord- och sydpol börjar vända och vet inte vilken riktning de ska peka, eftersom de blir extremt känsliga för sin omgivning. Om du vill att en magnetatom ska innehålla information, den kan inte vända. Under de senaste tio åren har forskare frågat:för att atomen ska sluta vända, hur många atomer behövs för att stabilisera magneten, och hur länge kan den hålla den information innan den vänder igen? Under de senaste två åren har forskare i Lausanne och på IBM Almaden har kommit på hur man kan hålla atomen från att vända, visar att en enda atom kan vara ett minne. Att göra detta, forskare var tvungna att använda mycket låga temperaturer, 40 Kelvin eller -233 grader Celsius. Denna teknik är begränsad till extremt låg temperatur. "
Forskare vid Radboud University tog en annan inställning. Genom att välja ett speciellt substrat -halvledande svart fosfor -, de upptäckte ett nytt sätt att lagra information inom enstaka koboltatomer, som kringgår de konventionella problemen med instabilitet. Med hjälp av ett skanningstunnelmikroskop, där en vass metallspets rör sig över deras yta bara några atomer bort, de kunde "se" enstaka koboltatomer på ytan av svart fosfor. På grund av den extremt höga upplösningen och materialets speciella egenskaper, de visade direkt att de enda koboltatomerna kunde manipuleras till ett av två bittillstånd.
Högre stabilitet än tidigare magneter
Elektronerna i en atom kretsar runt kärnan, men också "snurrar" själva, ungefär som jorden roterar både runt solen och sin egen axel. Det totala beloppet det snurrar på, eller dess vinkelmoment, är det som ger oss magnetism. "Istället för detta snurrande vinkelmoment, som tidigare forskare har använt, vi kom på ett sätt att göra en energiskillnad mellan några av orbitalerna i koboltatomen och använder nu den orbitala vinkelmomentet för vårt atomminne. Detta har en mycket större energibarriär och kan vara livskraftigt för att göra enda atomminnet stabilt vid rumstemperatur.
I slutet, det är fortfarande en magnet med vinkelmoment, men vi kan nu styra atomen från 0 till 1 tillstånd, som har en mycket högre stabilitet än andra magneter, "säger Kiraly." När vi först utförde experimentet och såg denna binära växling, vi var inte säkra på vad som hände. I ett vackert samarbete med teoretiker från Radboud University, Misha Katsnelson och Sasha Rudenko, vi kunde påpeka att vi observerade atomens omloppsmoment och hade skapat ett nytt minne, "Tillägger Khajetoorians.
Spara tusen gånger mer information
Just nu, elementen som lagrar hårddiskbitar är fortfarande tusen gånger större än en atom. Khajetoorians:"Vad detta arbete betyder är att, om vi kunde bygga en riktig hårddisk från alla dessa atomer - och vi är fortfarande långt därifrån - skulle du kunna lagra tusentals gånger mer information. "
