Elke dag, de moderne samenleving creëert meer dan een miljard gigabyte aan nieuwe data. Om al deze gegevens op te slaan, het wordt steeds belangrijker dat elk afzonderlijk bit zo min mogelijk ruimte inneemt. Een team van wetenschappers van het Kavli Institute of Nanoscience aan de Universiteit van Delft heeft de opslag tot de uiterste limiet teruggebracht:ze sloegen één kilobyte (8, 000 bits) die elk bit vertegenwoordigen door de positie van een enkel chlooratoom. "In theorie, deze opslagdichtheid zou het mogelijk maken om alle boeken die ooit door mensen zijn gemaakt op één postzegel te schrijven, ", zegt hoofdwetenschapper Sander Otte. Ze bereikten een opslagdichtheid van 500 Terabit per vierkante inch (Tbpsi), 500 keer beter dan de beste commerciële harde schijf die momenteel verkrijgbaar is.

Zijn team rapporteert over deze ontwikkeling in Natuur Nanotechnologie op maandag 18 juli.

Feynman

1959, natuurkundige Richard Feynman daagde zijn collega's uit om de wereld op de kleinst mogelijke schaal te construeren. In zijn beroemde lezing There's Plenty of Room at the Bottom, hij speculeerde dat als we een platform hadden waarmee we individuele atomen in een exact geordend patroon konden rangschikken, het zou mogelijk zijn om één stuk informatie per atoom op te slaan. Om de visionaire Feynman te eren, Otte en zijn team hebben een gedeelte van Feynmans lezing gecodeerd op een gebied van 100 nanometer breed.

Schuifpuzzel

Het team gebruikte een scanning tunneling microscope (STM), die een scherpe naald gebruikt om de atomen van een oppervlak één voor één te onderzoeken. Wetenschappers kunnen deze sondes gebruiken om de atomen rond te duwen. "Je zou het kunnen vergelijken met een schuifpuzzel, Otte legt uit. "Elk bit bestaat uit twee posities op een oppervlak van koperatomen, en één chlooratoom dat we heen en weer kunnen schuiven tussen deze twee posities. Als het chlooratoom zich in de bovenste positie bevindt, er zit een gat onder - we noemen dit een. Als het gat zich in de bovenste positie bevindt en het chlooratoom aan de onderkant, dan is de bit een nul." Omdat de chlooratomen omgeven zijn door andere chlooratomen, behalve in de buurt van de gaten, ze houden elkaar op hun plaats. Daarom is deze methode met gaten veel stabieler dan methodes met losse atomen, en meer geschikt voor gegevensopslag.

Codes

De Delftse onderzoekers organiseerden hun geheugen in blokken van acht bytes (64 bits). Elk blok heeft een marker, gemaakt van hetzelfde type gaten als het raster van chlooratomen. Geïnspireerd door de gepixelde vierkante streepjescodes (QR-codes) die vaak worden gebruikt om tickets voor vliegtuigen en concerten te scannen, deze markeringen werken als miniatuur QR-codes die informatie bevatten over de precieze locatie van het blok op de koperlaag. De code geeft ook aan of een blok is beschadigd, bijvoorbeeld door een plaatselijke verontreiniging of een fout in het oppervlak. Hierdoor kan het geheugen eenvoudig worden opgeschaald naar zeer grote formaten, zelfs als het koperen oppervlak niet helemaal perfect is.

Datacenters

De nieuwe aanpak biedt uitstekende perspectieven op het gebied van stabiliteit en schaalbaarheid. Nog altijd, dit type geheugen moet je niet snel verwachten in datacenters. Otte:"In zijn huidige vorm, het geheugen kan alleen werken in zeer schone vacuümomstandigheden en bij een temperatuur van vloeibare stikstof (77 K), dus de daadwerkelijke opslag van gegevens op atomaire schaal is nog ver weg. Maar door deze prestatie zijn we zeker een grote stap dichterbij gekomen."