Van smartphones tot supercomputers, de groeiende behoefte aan kleinere en energiezuinigere apparaten heeft dataopslag met een hogere dichtheid tot een van de belangrijkste technologische uitdagingen gemaakt.

Nu hebben wetenschappers van de Universiteit van Manchester bewezen dat het opslaan van gegevens met een klasse moleculen die bekend staat als magneten met één molecuul, haalbaarder is dan eerder werd gedacht.

Het onderzoek, onder leiding van dr. David Mills en dr. Nicholas Chilton, van de scheikundeschool, wordt gepubliceerd in Natuur . Het laat zien dat magnetische hysterese, een geheugeneffect dat een vereiste is voor elke gegevensopslag, is mogelijk in individuele moleculen bij -213 °C. Dit ligt extreem dicht bij de temperatuur van vloeibare stikstof (-196 °C).

Het resultaat betekent dat dataopslag met enkelvoudige moleculen werkelijkheid kan worden doordat de dataservers gekoeld kunnen worden met relatief goedkope vloeibare stikstof van -196°C in plaats van veel duurder vloeibaar helium (-269°C). Het onderzoek biedt proof-of-concept dat dergelijke technologieën in de nabije toekomst haalbaar zouden kunnen zijn.

Het potentieel voor moleculaire gegevensopslag is enorm. Om het in een consumentencontext te plaatsen, moleculaire technologieën kunnen meer dan 200 terabit aan gegevens per vierkante inch opslaan - dat is 25, 000 GB aan informatie opgeslagen in iets ter grootte van een muntstuk van 50 cent, vergeleken met Apple's nieuwste iPhone 7 met een maximale opslag van 256 GB.

Magneten met één molecuul vertonen een magnetisch geheugeneffect dat een vereiste is voor elke gegevensopslag en moleculen die lanthanide-atomen bevatten, hebben dit fenomeen bij de hoogste temperaturen tot nu toe vertoond. Lanthaniden zijn zeldzame aardmetalen die worden gebruikt in alle vormen van alledaagse elektronische apparaten zoals smartphones, tablets en laptops. Het team behaalde hun resultaten met behulp van het lanthanide-element dysprosium.

Dr. Chilton zegt:'Dit is erg opwindend omdat magnetische hysterese in afzonderlijke moleculen de mogelijkheid voor binaire gegevensopslag impliceert. Het gebruik van enkele moleculen voor gegevensopslag zou theoretisch 100 keer hogere gegevensdichtheid kunnen opleveren dan de huidige technologieën. Hier naderen we de temperatuur van vloeibare stikstof, dat zou betekenen dat dataopslag in losse moleculen economisch veel haalbaarder wordt.'

De praktische toepassingen van gegevensopslag op moleculair niveau kunnen leiden tot veel kleinere harde schijven die minder energie nodig hebben, wat betekent dat datacenters over de hele wereld een stuk energiezuiniger kunnen worden.

Bijvoorbeeld, Google heeft momenteel 15 datacenters over de hele wereld. Ze verwerken gemiddeld 40 miljoen zoekopdrachten per seconde, wat resulteert in 3,5 miljard zoekopdrachten per dag en 1,2 biljoen zoekopdrachten per jaar. Om met al die gegevens om te gaan, vorig jaar juli, er werd gemeld dat Google ongeveer 2,5 miljoen servers in elk datacenter had en dat aantal zou waarschijnlijk stijgen.

Sommige rapporten zeggen dat het energieverbruik in dergelijke centra wel 2 procent van de totale uitstoot van broeikasgassen in de wereld kan uitmaken. Dit betekent dat elke verbetering in gegevensopslag en energie-efficiëntie ook enorme voordelen voor het milieu kan hebben en de hoeveelheid informatie die kan worden opgeslagen enorm kan vergroten.

Dr. Mills voegt toe:'Deze vooruitgang overtreft het vorige record dat op -259 °C stond, en kostte bijna 20 jaar onderzoeksinspanning om te bereiken. We concentreren ons nu op de bereiding van nieuwe moleculen, geïnspireerd op het ontwerp in dit artikel. Ons doel is om in de toekomst nog hogere bedrijfstemperaturen te bereiken, ideaal functionerend boven vloeibare stikstoftemperaturen.'