Учёные из австралийского Университета Флиндерса (Flinders University) на новом уровне возродили идею механической записи данных, подобную древней клинописи или записям на перфокартах. Запись и считывание происходят с помощью зонда на атомарно-силовом микроскопе, а кодирование включает глубину погружения зонда в проделанные отверстия, что вчетверо увеличивает плотность записи по сравнению с плоской двоичной.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.1/3DNews

В случае классической двоичной записи на перфокарте, на жёстком диске, на CD и DVD либо ставится та или иная отметка, либо нет. Исследователи из Австралии смогли делать отметки в виде углублений в особой пластиковой плёнке, но они смогли также разделить глубину погружения зонда в образованную канавку, что добавило к кодированию ещё две метки — одну на глубине 0,3–1,0 нм, другую на глубине 1,5–2,5 нм. В итоге им удалось кодировать данные в троичной системе 0, 1 и 2, а это запись на одной и той же площади носителя в четыре раза большего объёма информации, чем в обычном случае двоичного кодирования.

В качестве носителя для записи учёные использовали недорогую полимерную плёнку, состоящую из серы и химического соединения, известного как дициклопентадиен. Плёнка подобрана такой, чтобы она подходила для нанесения отверстий разной глубины и была бы недорогой в производстве и нетребовательной к условиям использования. Более того, свойства плёнки позволяют стирать информацию простым нагреванием до 140 °C. В своих экспериментах учёные проделали эту операцию четыре раза, и это не привело к ухудшению свойств материала. Наконец, запись осуществляется при комнатной температуре, что гарантирует низкие энергозатраты на этом этапе.

Источник изображения: Advanced Science 2024

«Это исследование раскрывает потенциал использования простых возобновляемых полисульфидов в механическом хранилище данных на основе зондов, предлагая потенциальную альтернативу современным технологиям с более низким энергопотреблением, более высокой плотностью и более устойчивой», — поясняют учёные, которые провели исследование.

Теоретически предсказанное явление альтермагнетизма (altermagnetism) впервые получило подтверждение в научном эксперименте. Международная группа учёных наблюдала магнитный вихрь в материале, который никогда не проявлял магнитных свойств. Таких материалов может быть сотни, и это — возможность тысячекратно уплотнить магнитную запись данных и совершить новый прорыв в вычислениях.

Источник изображения: Oliver Amin/University of Nottingham

Альтермагнетики сочетают в себе — в едином материале — полезные свойства ферромагнетиков и антиферромагнетиков. Они потенциально могут привести к тысячекратному увеличению быстродействия микроэлектронных компонентов и цифровой памяти, будучи при этом более надёжными и энергоэффективными. Это третий класс магнетизма, который до этого года существовал лишь в моделях.

Старший научный сотрудник Оливер Амин (Oliver Amin), возглавлявший эксперимент и являющийся соавтором исследования, сказал: «Наша экспериментальная работа обеспечила связь между теоретическими концепциями и реализацией в реальной жизни, что, как мы надеемся, откроет путь к разработке альтернативных магнитных материалов для практического применения».

Магнитные свойства материала зависят от ориентации спина его электронов. В ферромагнитных материалах, таких как железо, которые обладают сильной реакцией на магнитные поля, спины всех электроны выровнены в одном направлении. В антиферромагнетике, в случае другого типа магнетизма, спины соседних электронов направлены в противоположных направлениях и, следовательно, нейтрализуют друг друга, поэтому материал в целом не реагирует на внешнее поле. В случае нового типа магнетизма спины электронов на соседних позициях также разнонаправлены, но эти направления постоянно и симметрично поворачиваются.

Новое экспериментальное исследование было проведено на международной установке MAX IV в Швеции. Это ускоритель электронов или синхротрон, который генерирует рентгеновские лучи. Рентгеновские лучи направляются на магнитный материал, и электроны, испускаемые поверхностью образца, регистрируются с помощью специального микроскопа. Это позволяет получить изображение магнетизма в материале с разрешением вплоть до наноразмерных. В образце теллурида марганца — на его поверхности — учёные обнаружили циркулирующие магнитных вихри, которые укладываются в теоретические предсказания по альтермагнетизму.

Теллурид марганца, вероятно, не подойдёт для промышленного применения явления, хотя другой немагнитный полупроводник — антимонид хрома — вполне может им стать. Физики предсказывают, что более 100 соединений будут проявлять немагнитное поведение. За последний год опубликовано около 200 работ по альтермагнетизму, что говорит об интересе и нужде в новой и более плотной технологии записи данных. С такой активностью учёных нельзя исключать, что уже через 10 лет альтермагнетизм заявит о себе в виде коммерческого продукта. А вдруг?

Ушедшие в прошлое компакт-диски могут вернуться на рынок благодаря революционному прорыву в сфере оптических носителей. Исследователи из Чикагского университета и Аргоннской национальной лаборатории разработали новый тип оптической памяти, которая хранит данные, перенося свет между атомами, благодаря чему многократно повышается плотность записи. О проделанной работе учёные рассказали в статье, опубликованной недавно в журнале Physical Review Research.

Источник изображений: techspot.com

Исследователи работали над решением проблемы ограничения на плотность записи, которое накладывает длина волны лазера, используемого для записи информации на диски и её считывания. Речь идёт о дифракционном пределе, из-за которого нельзя было повысить плотность записи данных, поскольку каждый отдельный бит не мог быть меньше длины волны лазера. Исследователи решили обойти это ограничение, наполнив материал редкоземельными излучателями, такими как оксид магния (MgO), и используя мультиплексирование длин волн. Эта технология позволяет настроить каждый атом-излучатель на немного отличающуюся длину волны света, благодаря чему удаётся записать значительно больший объём данных на тот же носитель.

Для проверки концепции исследователи смоделировали твердотельный материал, наполненный атомами редкоземельных соединений, поглощающих и излучающих свет. В ходе моделирования было установлено, что находящиеся вблизи этих атомов квантовые дефекты способны улавливать и хранить световые волны за счёт изменения своего спинового состояния. Важным моментом является то, что после изменения спинового состояния квантовых дефектов они продолжают оставаться в таком виде, а значит, записанная информация будет храниться длительное время.

Несмотря на то, что предложенная исследователями технология выглядит многообещающей, ещё предстоит решить ряд вопросов. К примеру, как долго квантовые дефекты могут хранить записанные данные. В дополнение к этому, исследователи не предоставили каких-либо точных данных относительно того, насколько повысится плотность записи. Дальнейшие исследования в этом направлении должны показать, насколько новая технология окажется жизнеспособной.