توضیح تصویر:یک تلنگر از سمت میکروسکوپ STM کافیست تا اتم‌های موجود بر یک سطح، جهت‌گیری خاصی پیدا کرده و کوچک‌ترین هارددیسک دنیا را شکل دهند
دانشمندان موفق به ذخیره یک بایت داده در هارددیسک مغناطیسی کوچکی شدند که خودشان آن را با تنها 96 اتم ساخته بودند. این پیشرفتی است که می‌تواند نوید تولید انبوه هارددیسک‌هایی را با ظرفیت 200 تا 300 برابر حجم متعارف‌شان بدهد.
شاید روزی برسد که هارددیسک‌ها به ابعاد تنها یک دانه برنج بشوند و داده‌های لازم را برای موزیک‌پلیرهای کوچکی تأمین کنند که به‌راحتی می‌توانید آن‌ها را درون گوش خود جا بدهید. حال، دانشمندان شرکت IBM و مرکز "پژوهش‌های لیزر الکترونی آلمان" (CFEL)، این رؤیا را با تولید کوچک‌ترین هارددیسک دنیا به ابعاد 96 اتم و حجم یک بایت، یک گام به واقعیت نزدیک‌تر کردند. هارددیسک‌های معمولی، برای ذخیره تنها یک بایت داده، به نیم‌میلیارد اتم نیازمندند. به عبارت دیگر، به کمک فناوری جدید، می‌توان ظرفیت یک آیپاد تاچ را به 12.8 ترابایت رساند.
سباستین لوت (Sebastian Loth) از CFEL که سرپرست نویسندگان گزارش مربوط به این پژوهش است و قرار است امروز در نشریه علمی Science انتشار یابد، می‌گوید: "این ایده را به کمک پدیده‌ای که در طبیعت به وفور اتفاق می‌افتد، می‌توان عملی کرد." منظور لوت از این پدیده، چگونگی چرخش الکترون‌ها در یک اتم است. هارددیسک‌های امروزی، نیازمند یک ماده مغناطیسی همچون آهن هستند تا جهت چرخش همه الکترون‌های‌شان مشابه باشد. این هاردها با تفسیر نحوه جهت‌گیری مغناطیسی نواحی مختلف روی دیسک و نیز استفاده از یک محیط بیرونی برای انتقال داده‌ها به آن، کار خوانش اطلاعات را به ثمر می‌رسانند.
اما این مواد مغناطیسی، که به "فرومغناطیس" (ferromagnetic) معروف هستند را تا حد مشخصی می‌شود کوچک کرد. چراکه اگر نواحی مغناطیسی مختلف روی یک دیسک، بیش از اندازه به هم نزدیک شوند، میدان‌های مغناطیسی‌شان با هم تداخل و کار ذخیره‌سازی داده‌ها را مشکل می‌کند، و یا به‌گفته لوت، "به‌سختی می‌توان اطلاعات را در این محیط مغناطیسی متراکم چپانید"، اما در موادی که ذاتاً مغناطیسی نیستند و به مواد "پادفرومغناطیس" (antiferromagentic) مشهورند، الکترون‌ها جهت چرخش مشخصی ندارند و به‌شکل خنثی عمل می‌کنند. لوت می‌گوید: "از آنجاکه نواحی پادفرومغناطیسی، فاقد میدان مغناطیسی هستند، می‌توان بر تراکم‌شان افزود." در واقع دانشمندان می‌توانند اطلاعات را در فضایی به عرض تنها یک نانومتر، جا بدهند.
این گروه، به کمک ابزار ویژه‌ای موسوم به "میکروسکوپ تونلی- روبشی" (STM)، موفق به تولید این هارددیسک، از اتم‌های منفرد شدند. آن‌ها اتم‌ها را به دقت در صفوف شش‌تایی قرار دادند و تنها دو صف برای ذخیره کردن یک بایت داده کفایت می‌کرد. از این‌رو با هشت جفت صف شش‌تایی، یک هادردیسک به ظرفیت یک بایت ایجاد شد.
هر جفت صف اتم‌ها، شامل دو وضعیت مغناطیسی بالقوه به نمایندگی از صفر و یک است. گسیل یک پالس الکتریکی از میکروسکوپ STM کافی است تا نحوه جهت‌گیریِ مغناطیسی، از یک صف به صف دیگر انتقال یابد. از پالس الکتریکی ضعیف‌تری هم برای خوانش داده‌ها استفاده می‌شود. ماتیاس بوده (Mathias Bode)، استاد فیزیک کاربردی دانشگاه ورزبورگ آلمان که در این پژوهش نقشی نداشته است، می‌گوید: "این پژوهش نشان می‌دهد شما تمامی پیش‌نیازهای لازم برای ذخیره‌سازی داده بر یک ذره پادفرومغناطیسی را در اختیار دارید."
به دلیل وجود اندک مشکلاتی که هنوز نیازمند رفع و رجوع هستند، هنوز باید زمان بگذرد تا بتوان این فناوری را در هارددیسک‌های رایانه‌ای به کار بست. اول آنکه این هارددیسک، اتم به اتم و با کمک یک میکروسکوپSTM تولید شده که روشی آهسته و البته غیرعملی برای تولید انبوه این فناوری است. دوم آنکه ذخیره‌سازی اطلاعات، به کمک جهت‌دهی مغناطیسی، تنها در دماهای بسیار سرد، یعنی چیزی در حدود پنج درجه گرم‌تر از صفر مطلق (-273 درجه سانتیگراد) امکان‌پذیر است. در دماهای بالاتر از این، نظم چرخشی الکترون‌ها دچار اختلال می‌شود. به‌گفته بوده، پیدا کردن ماده‌ای که به درد دمای اتاق (حدود 25 درجه سانتیگراد) بخورد، غیرممکن نیست. از این‌رو تنها چیزی که مانده، یافتن چنین ماده‌ای است.
با این‌وجود، لوت اعتقاد دارد مواد آزمایشی زیادی را می‌توان یافت که قادر به حفظ وضعیت پادفرومغناطیسی‌شان در دمای اتاق باشند. او می‌افزاید: "این دیگر مثل مورد ابررساناها نیست که ما مدام در پی راه‌هایی برای بالا بردن دمای آستانه ابررسانایی باشیم. ما می‌دانیم که مواد پادفرومغناطیس، پایدار هستند."
این پژوهش، از منظر دیگری هم حائز اهمیت است: دانشمندان متوجه شده‌اند حداقل چه تعداد اتم را می‌توان تا پیش از حکمفرمایی قوانین محدودکننده کوانتومکانیکی، تحت کنترل گرفت. ظاهراً 12 اتم، حداقل تعداد لازم برای چنین کاری است. کمتر از این تعداد، اطلاعات ذخیره‌شده‌مان با اثرات کوانتومی در هم می‌آمیرد و تفکیک‌شان از هم میسر نیست.
نظرات شما عزیزان:
