Има поговорка, че количеството данни винаги нараства, докато не запълни цялото налично пространство. Може би преди двадесет години беше обичайно да съхранявате софтуер, MP3 музика, филми и други файлове на компютър, който можеше да се натрупа през годините. В онези дни, когато твърдите дискове можеха да задържат десетки гигабайта памет, те почти неизбежно се озоваха препълнени.
Сега, когато е наличен бърз широколентов интернет и дори не мислим за изтегляне на DVD с 4,7 GB, съхранението на данни е още по-бързо. Счита се, че общото количество данни, съхранявани на компютрите по целия свят, ще нарасне от 4.4 трилиона гигабайта през 2013 г. до 44 трилиона през 2020 г. Това означава, че средно генерираме приблизително 15 милиона гигабайта на ден. Въпреки че сега твърдите дискове се измерват в хиляди гигабайта, а не в десетки, все още имаме проблем със съхранението.
Много изследвания и разработки са посветени на намирането на нови начини за съхранение на данни, които биха позволили по-голяма плътност и по този начин да съхраняват повече информация с по-голяма енергийна ефективност. Понякога това се дължи на актуализирането на познати и добре познати методи. Например наскоро IBM обяви нова технология. Тяхната магнитна лента е в състояние да съхранява 25 гигабайта информация на квадратен инч (около 6,5 квадратни сантиметра) - нов световен рекорд за технология, която е на шестдесет години. Въпреки че днес твърдите дискове на твърдо състояние имат по-голяма плътност, около 200 гигабайта на квадратен инч, магнитните ленти все още често се използват за архивиране на данни.
Съвременните изследвания в областта на съхранението на данни обаче вече се занимават с отделни атоми и молекули, което обективно е последната граница на технологичната миниатюризация.
Монотомните и мономолекулни магнити не трябва да комуникират със съседните, за да поддържат магнитната си памет. Въпросът е, че тук ефектът на паметта възниква от законите на квантовата механика. Тъй като атомите или молекулите са много по-малки от използваните в момента магнитни домейни и могат да се използват поотделно, а не в групи, те могат да бъдат „опаковани“по-плътно, което може да доведе до гигантски скок в плътността на данните.
Този вид работа с атоми и молекули вече не е научна фантастика. Ефектите от магнитната памет в едномолекулните магнити са открити за първи път през 1993 г., а подобни ефекти за едноатомните магнити са демонстрирани през 2016 г.
Основният проблем, пред който са изправени тези технологии от лабораторията до масовото производство, е, че те все още не работят при нормални температури на околната среда. Както единичните атоми, така и едномолекулните магнити се нуждаят от охлаждане с течен хелий (до температура от 269 ° C), а това е скъп и ограничен ресурс. Въпреки това, наскоро изследователска група в Химическата школа на Манчестърския университет постигна магнитна хистерезиса или появата на ефект на магнитна памет в едномолекулен магнит при - 213 ° C, използвайки нова молекула, получена от редкоземни елементи, както се съобщава в писмото им към списание Nature. По този начин, след като направи скок от 56 градуса, те бяха само на 17 градуса от температурата на течния азот.
Има обаче и други проблеми. За да могат действително да съхраняват отделни битове данни, молекулите трябва да бъдат фиксирани върху повърхности. Това вече е постигнато с едномолекулни магнити в миналото, но не и за най-новото поколение високотемпературни магнити. В същото време този ефект вече е демонстриран върху единични атоми, фиксирани на повърхността.
Промоционално видео:
Крайният тест е демонстрирането на неразрушително четене на информация от отделни атоми и молекули. Тази цел е постигната за първи път през 2017 г. от екип изследователи от IBM, който демонстрира най-малкото магнитно устройство за съхранение, изградено с монотомен магнит.
Въпреки това, независимо дали едноатомните и едномолекулни устройства в действителност ще бъдат използвани на практика и ще станат широко разпространени, постиженията на фундаменталната наука в тази посока не могат, но не могат да бъдат признати като просто феноменални. Методите на синтетична химия, разработени от изследователски групи, работещи с едномолекулни магнити, позволяват днес да се създават молекули с индивидуални магнитни свойства, които ще намерят приложение в квантовите изчисления и дори в магнитния резонанс.
Игор Абрамов