Первые устройства для записи информации появились в середине прошлого века. С тех пор они значительно уменьшились в размерах и прибавили в плотности записи. Но объемы цифровой информации (картинки, тексты, графики, вычисления) неуклонно растут, и ученые продолжают совершенствовать методы, материалы и схемы для ее хранения.
Cамым популярным носителем информации для персональных компьютеров остается жесткий диск. К его достоинствам относятся невысокая цена, хорошая (относительно других носителей) плотность записи и возможность практически бесконечной перезаписи данных, а к существенным недостаткам — низкая скорость чтения и записи, риск выхода из строя механических частей, большое энергопотребление и шум при активной работе.
Описать строение жесткого диска максимально просто можно так: это структура из ячеек, каждая из которых может иметь состояние "0" или "1" в зависимости от намагниченности. Записывает и читает информацию магнитная головка, которая ездит над ячейками. Чаще всего жесткий диск выходит из строя из-за отказа системы, ответственной за ее движение.
Современная альтернатива жесткому диску — SSD (от английского solid-state drive), твердотельный накопитель. Он менее громоздкий и более быстрый, но со слабой износостойкостью, да и стоит пока в шесть-семь раз дороже. Основой SSD служит транзистор. По сути, читаемость ячейки информации зависит от накопленного заряда, а стирание происходит при отводе заряда с помощью высокого отрицательного напряжения.
Эти носители пока вполне удовлетворяют потребности пользователей домашних персональных компьютеров. Однако в военной, научной и промышленной областях требуется как можно более высокая плотность записи. Этого можно достичь за счет уменьшения размера ячеек и расстояния между ними.
В последние два десятилетия активно проводятся исследования молекул, способных намагничиваться при наложении поля и сохранять это состояние при его отключении. Потенциально такая молекула способна хранить один бит информации, что может привести к появлению устройства хранения с огромной плотностью записи данных. Правда, пока молекулярные магниты работают только при очень низких температурах (минус 258 градусов по Цельсию и ниже), что сильно затрудняет их применение на практике.
Исследователи из IBM и Института фундаментальных наук в Сеуле продемонстрировали способ чтения и записи информации на отдельные атомы редкоземельного металла гольмия, способного очень долго сохранять намагниченность. Схема устройства включала систему из двух атомов гольмия и железа (необходимого для считывания магнитного состояния) на подложке из оксида магния. В эксперименте на атомы записали и считали с них последовательно четыре разных состояния, включающих комбинации логических нулей и единиц. Система сохраняла намагниченность в течение пяти часов.
Расстояние между ячейками в носителе информации ограничено их стабильностью. Слишком близкое расположение может привести к взаимодействию ячеек и стиранию данных. Альтернативой магнитному материалу могут стать скирмионы — квазичастицы, которые образуются в некоторых веществах из спинов (магнитных моментов) электронов под действием магнитного поля. Для образования скирмиона нужно несколько атомов вещества, зато такие квазичастицы стабильны и не поддаются влиянию скирмионов-соседей. Размер комбинации атомов, необходимых для создания скормиона, равен нескольким нанометрам. Свойствами скормионов можно управлять, следовательно — перезаписывать информацию.
Пока альтернативные методы записи информации находятся на стадии разработки. Полный набор их свойств (и достоинств, и недостатков) станет известен лишь после создания и испытания прототипов.
По информации https://ria.ru/science/20171118/1509044230.html
Обозрение "Terra & Comp".
