Читать «Журнал "Компьютерра" №770» онлайн - страница 8

Биты меньше атомов

Какова предельная плотность записи информации на плоской поверхности? Долгие годы считалось - чтобы записать один бит, нужен хотя бы один атом. Такую пробную запись первыми осуществили ученые IBM еще в 1990 году, разместив на подложке атомы ксенона с помощью иголки атомного силового микроскопа. Но теперь физики из Стэнфордского университета нашли способ обойти этот естественный предел.

Благодаря новому голографическому методу записи информации в волновые функции поверхностных электронов металла, им удалось создать и считать объекты размером 0,3 нм, достигнув рекордной плотности записи информации - 20 бит на квадратный нанометр.

Собственно считывание информации ведется с помощью иголки сканирующего туннельного микроскопа, а запись - путем размещения на поверхности меди молекул монооксида углерода той же самой иголкой. Вот только носителем информации в данном случае являются не молекулы, а создаваемая ими структура стоячих волн электронной плотности, которая уже не ограничена размерами кристаллической решетки материала.

По гладкой поверхности меди, как и любого другого металла, постоянно движутся электроны, которые, подобно всем прочим квантовым частицам, одновременно ведут себя и как волны. Если на поверхность поместить посторонние молекулы, то, сталкиваясь с ними и друг с другом, волны электронов сформируют сложную интерференционную картину, которой можно управлять, меняя расположение и ориентацию молекул.

Электронные волны во многом похожи на традиционную оптическую голограмму. Только электронная голограмма обходится без дополнительного освещения лазером и легко считывается иголкой сканирующего туннельного микроскопа.

В одной такой голограмме можно хранить сразу несколько изображений, используя электроны с разными длинами волн, аналогично тому, как в одной оптической голограмме удается хранить несколько изображений разных цветов. Другими словами, информация на поверхности меди хранится в двух пространственных и одном энергетическом измерениях.

В экспериментах ученые расположили молекулы монооксида углерода на поверхности так, чтобы закодировать в электронной плотности аббревиатуру родного университета. При этом была достигнута плотность записи информации 35 бит на один поверхностный электрон. А площадь поверхности, используемая для хранения одного бита, оказалась меньше площади, занимаемой атомом меди.

Разумеется, о реальных приложениях нового метода, разработанного в Стэнфорде, речь пока не идет. Но важно то, что еще одно, казалось бы, естественное физическое ограничение, которое рано или поздно стало бы сдерживать прогресс информационных технологий, вновь удалось преодолеть. ГА