В недрах телефона, лежащего в заднем кармане ваших брюк, заключено в миллионы раз больше информации, нежели могло вместиться в устройство хранения, размером с холодильник, более десятилетия-двух назад. За прошедшее время технологии хранения данных и устройства на их основе постепенно уменьшались в размерах, увеличивая одновременно с этим информационную емкость. И недавно исследователи из компании IBM создали самый маленький магнит на сегодняшний день, магнит, величиной с один атом, и это может привести к появлению в скором времени магнитных устройств хранения данных, которые могут содержать в тысячи раз больше информации, нежели лучшие из существующих накопителей сопоставимых размеров.

Напомним нашим читателям, что в основе жестких дисков, которые еще работают в подавляющем большинстве персональных компьютеров, лежит магнитный принцип записи и хранения информации. Но поверхности пластин жестких дисков располагаются серии крошечных точек (доменов) из магнитного материала, каждая из точек соответствует одному биту хранимых данных. Когда материал точки намагничен, это соответствует значению логической 1, в обратном же случае данный бит имеет значение 0. Размеры магнитного домена немного разнятся в зависимости от года выпуска жесткого диска, от производителя, но самый маленький из доменов на современных жестких дисках состоит минимум из 100 тысяч атомов магнитного материала.

«Магнитные биты (домены) являются основой всех жестких дисков, лент и устройств магнитной памяти» — рассказывает Кристофер Луц (Christopher Lutz), ведущий исследователь, — «В своих исследованиях мы пытались выяснить, что произойдет, если мы будем уменьшать размеры магнитных битов до самого минимально возможного уровня, до уровня отдельных атомов».

Для того, чтобы работать на атомарном уровне, ученые использовали сканирующий туннельный микроскоп (scanning tunnelling microscope, STM), устройство, которое позволяет манипулировать отдельными атомами. Все работы проводились в условиях глубокого вакуума для того, чтобы исключить влияние на процесс атомов воздуха и некоторых других факторов. В качестве «подопытных» атомов выступали атомы редкоземельного элемента под названием гольмий, воздействуя на них электрическим током, ученым удалось добиться изменений ориентации их магнитного поля, превратив их в самый маленький магнитный домен на сегодняшний день. И, несмотря на то, что расстояние между отдельными атомами составляло всего один нанометр, ученым удалось реализовать запись и чтение информации из отдельно взятых атомов.

В недалеком будущем, за счет кардинального уменьшения размеров магнитных битов и расстояния между ними, на свет могут появиться жесткие диски и микросхемы магнитной памяти, плотность хранения информации в которым минимум в тысячу раз будет превышать плотность устройств, используемых нами сегодня. Такие показатели позволят сохранить 35 миллионов песен и музыкальных композиций, входящих в состав библиотеки iTunes на устройстве, размером с кредитную карту. А твердотельные жесткие диски, нового поколения, потребляющие во время своей работы совсем незначительное количество энергии, существенно снизят эксплуатационные расходы различных облачных сервисов и крупных датацентров, являющихся основой современного Интернета.