הכונן הקשיח הקטן ביותר בעולם

החוקרים ערכו מחווה לריצ’ארד פיינמן שאמר בשנות החמישים כי אם נוכל ליצור מערכת שתאפשר לנו לארגן אטומים פרטניים בתבנית מסודרת מאוד, ניתן יהיה לאחסן יחידת מידע בכל אחד מהאטומים הללו

[תרגום מאת ד”ר נחמני משה]
צוות מדענים מאוניברסיטת דלפט בהולנד הצליח לפתח יחידה אטומית לאחסון מידע דיגיטלי בנפח הגדול פי 500 מהכונן הקשיח הטוב ביותר.

מדי יום, החברה האנושית מייצרת יותר ממיליארד גיגה-ביטים של מידע חדש. על מנת לאחסן את כל המידע הזה, חשוב יותר ויותר שכל סיבית (ביט) יחידה תידרש לחלל קטן ככל האפשר. צוות מדענים מאוניברסיטת דלפט בהולנד הצליח להביא את הצמצום הזה לגבול האולטימטיבי: הם יצרו יחידת זיכרון בנפח של 1 קילו-ביטים המיוצגת על ידי מיקומו של אטום כלור יחיד. “בתיאוריה, נפח אחסון זה יאפשר לשמר את כל הספרים שנכתבו מאז ומעולם על גבי בול דואר אחד,” אמר החוקר הראשי Sander Otte. החוקרים השיגו נפח אחסון של 500 טרה-ביטים לכל 6 סמ”ר, רמה הגבוהה פי 500 מנפח האחסון של הכונן הקשיח המסחרי הטוב ביותר הקיים היום. ממצאי המחקר פורסמו זה מכבר בכתב-העת המדעי Nature Nanotechnology.

ריצ’ארד פיינמן

בשנת 1959, הפיזיקאי ריצ’רד פיינמן אתגר את עמיתיו החוקרים לעצב את העולם בקנה המידה הזעיר ביותר. במהלך הרצאה מפורסמת שלו הוא חזה כי אם נוכל ליצור מערכת שתאפשר לנו לארגן אטומים פרטניים בתבנית מסודרת מאוד, ניתן יהיה לאחסן יחידת מידע בכל אחד מהאטומים הללו. כהוקרה לחזונו של פיינמן, הצוות הצליח לקודד חלק מההרצאה שלו על משטח בגודל של 100 ננומטרים.

החוקרים השתמשו במיקרוסקופ מנהור סורק שבעזרתו מדיד העשוי ממחט זעירה ודקיקה במיוחד סורקת את האטומים המרכיבים את פני השטח של מצע מוגדר, אטום אחרי אטום. בעזרת מיקרוסקופ כזה המדענים לא רק מצליחים לראות את האטומים הנפרדים, אלא שהם מסוגלים גם להשתמש במחט על מנת להזיז אותם מנקודה אחת לנקודה אחרת. “ניתן לדמות את התהליך להזזת חלקי תצרף,” מסביר החוקר הראשי. “כל יחידת מידע מורכבת משני מיקומים על פני השטח של אטומי נחושת, ומאטום כלור יחיד שאותו אנו יכולים להזיז אחורה וקדימה בין שני מיקומים אלו. אם אטום הכלור נמצא במיקום העליון, מתהווה חור מתחתיו – אנו קוראים למצב הזה 1. אם החור מתהווה במיקום העליון כך שאטום הכלור נמצא במיקום התחתון, אנו קוראים למצב הזה 0. “מאחר ואטומי הכלור מוקפים באטומי כלור אחרים, למעט בסמוך לחורים, הם ממלאים אחד את מקומו החסר של השני. זו הסיבה ששיטה זו, המורכת מאוסף של חורים, היא הרבה יותר יציבה משיטות המתבססות על אוסף של אטומים משוחררים, ולפיכך מתאימה יותר לאחסון מידע. החוקרים ארגנו את יחידות הזיכרון שלהם באוספים של 8 ביטים (64 סיביות). לכל אחד מהם יש סמן, המורכב מאותו סוג “חורים” כמו שאר אטומי הכלור. בהשראת ברקוד דו-מימדי מסוג QR המשמש תכופות לסריקת כרטיסי טיסה וכרטיסים למופעים, סמנים אלו מתפקדים כמו קודי QR ממוזערים האוצרים בתוכם מידע אודות המיקום המדויק של אוסף אטומי הכלור על גבי שכבת הנחושת. הקוד גם יכול לאותת במצב שבו האוסף ניזוק, למשל, בגין זיהום מקומי מסוים או פגם במבנה המשטח. תכונה זו תאפשר להגדיל את קנה המידה של יחידת הזיכרון בקלות לנפחים הרבה יותר גדולים, אפילו אם משטח הנחושת לא יהיה מושלם.

הגישה החדשה מציעה פוטנציאל מעולה מבחינת יציבות ואפשרויות הרחבה. ועדיין, סוג זיכרון זה לא צפוי להופיע בשוק בתקופה הקרובה. מסביר החוקר: “כרגע, הזיכרון יכול לפעול רק בתנאים נקיים מאוד של ואקום ובטמפרטורה המושגת על ידי חנקן נוזלי, כך שאחסון מעשי של נתונים בצורת מערך אטומים עדיין רחוק מאוד מהישג יד. יחד עם זאת, הישג זה בהחלט מקדם אותנו צעד אחד גדול לכיוון זה”.

תקציר המאמר

סרטון

הידיעה על המחקר