Австралийцы создали магнитную молекулу для жёстких дисков будущего — маленьких и сверхёмких

По мере развития технологий записи цифровых данных проблема хранения архивов ничуть не теряет своей актуальности. Напротив, новые технологии генерации контента опережают темпы расширения хранилищ. Говоря словами Алисы из знаменитого произведения Кэрролла: «Нужно бежать со всех ног, чтобы просто оставаться на месте». Учёные из Австралии обещают «не оставаться на месте» в системах магнитной записи, а сделать рывок, представив миру магнит из одной молекулы.

Источник изображения: Jamie Kidston/ANU

Разработкой магнита из одной молекулы занялся коллектив из Австралийского национального университета (ANU) в сотрудничестве с Университетом Манчестера. Также были привлечены вычислительные ресурсы Центра суперкомпьютеров Pawsey в Западной Австралии. Отчёт о работе опубликован в последнем номере журнала Nature.

Сегодня магнитная запись осуществляется с вовлечением огромного массива атомов на дисках, которые организуются в домены. Соседние домены негативно влияют друг на друга, и это тоже мешает повышать плотность записи на магнитных дисках. Домен размером с одну молекулу стал бы выходом, который привёл бы к высокоплотной записи данных, и работы в этом направлении идут. Но пока все предложенные материалы демонстрируют стабильность сверхмалых магнитных доменов только при очень низкой температуре — около 80 К (-193 ℃). Учёные из Австралии шагнули в более тёплую область рабочих температур, открыв магнитную молекулу, стабильную при температуре 100 К (-173 ℃).

«Новый одномолекулярный магнит, разработанный исследовательской группой, может сохранять своё магнитное состояние при температуре до 100 Кельвинов, что составляет около минус 173 градусов по Цельсию, или такой же холодной, как лунный вечер», — сказал соавтор исследования профессор Николас Чилтон (Nicholas Chilton) из ANU.

Очевидно, что в домашних условиях непросто поддерживать температуру -173 ℃. Однако для центров обработки и хранения данных это вообще не проблема. Таких температур легко добиться с использованием такого недорогого хладагента, как жидкий азот. Слоган «Храните данные в морозилке» может стать насущной реальностью.

Сама по себе молекула-магнит представляет давно известное соединение редкоземельного элемента диспрозия с двумя атомами азота. В обычных условиях все три атома расположены зигзагом, но благодаря добавке алкена они выстроились почти в идеальную прямую, что придало молекуле магнитные свойства.

Учёные теоретически обосновали структуру магнитной молекулы и вычислили её свойства, для чего был использован суперкомпьютер и квантовая механика. Уравнения квантовой механики дают результат, совпадающий с показаниями эксперимента до 12 знаков после запятой. Поэтому расчётам можно верить. Сделанное открытие позволит оттолкнуться от него и найти молекулы с ещё более сильными магнитными характеристиками, или поддерживающими их при более высокой температуре.

«Эта новая молекула может привести к появлению новых технологий, которые позволят хранить около трёх терабайт данных на квадратный сантиметр. Это эквивалентно примерно 40 000 CD-копий альбома "Тёмная сторона Луны", помещенных на жёсткий диск размером с почтовую марку, или примерно полумиллиону видеороликов TikTok», — резюмируют исследователи.