Молекулярные накопители информации стали проще

Среди экспериментальных технологий, направленных на усовершенствование электронно-вычислительной техники, почётное место занимает так называемая молекулярная память. Суть её в том, что хранилищем информации служат особые индивидуальные молекулы, заключённые между двумя электродами-ферромагнетиками, которые выполняют запись информации на молекулы-носители. Преимущество технологии — в очень высокой плотности памяти, которая в 1 000 раз превосходит нынешние устройства. Первые разработки, касающиеся молекулярной памяти, предполагали охлаждение всего устройства до предельно низких температур, близких к абсолютному нулю. Но со временем оказалось, что можно обойтись и без глубокого охлаждения, что молекулы могут хранить информацию и при температурах, близких к точке замерзания воды, то бишь к 0 ˚C.

Схема молекулярной ячейки памяти: пара графеновых фрагментов с атомами цинка совмещаются друг с другом и накладываются на ферромагнитный электрод. (Рисунок Christine Daniloff / MIT.)

В статье, опубликованной в Nature, группа исследователей из Массачусетского технологического института (США) описывает ряд уловок, с помощью которых можно упростить технологию создания молекулярных запоминающих устройств. Обычно такие устройства, как было сказано, выглядят этаким ферромагнитным сэндвичем: между двумя ферромагнитными электродами находится слой запоминающих молекул. Перемены в ориентации магнитных моментов в электроде влекут за собой изменения в проводимости всего прибора. Изменения в проводимости подчиняются бинарной логике, то есть могут быть приравнены к 1 или 0.

Но исследователи обнаружили два скачка проводимости. Это было похоже на то, как если бы оба ферромагнитных электрода влияли на молекулярный слой между ними независимо друг от друга. Когда один из электродов заменили на простой металл без ферромагнитных свойств, молекулярный слой продолжал менять свою проводимость, но на этот раз молекулы совершали всего один прыжок, и для этого им, очевидно, было достаточно только одного ферромагнетика. Если можно обойтись лишь одним ферромагнитным электродом, это сильно упрощает создание подобных устройств и делает хранение информации в них более надёжным. По словам исследователей, второй ферромагнетик может вмешиваться в магнитную ориентацию молекулярных ячеек памяти, однако этого не происходит, если использовать неферромагнитный металл.

Авторы статьи описывают ещё одно прогрессивное упрощение. Обычно молекулярная начинка состоит из пяти-шести слоёв молекул, и чтобы они работали согласованно, нужно уделить особое внимание их взаимоположению. Если слои относительно друг друга будут в беспорядке, организовать скачок проводимости в ячейке памяти сложно. Учёные предложили в качестве запоминающих ячеек так называемые графеновые фрагменты — листы из углеродных атомов, модифицированные цинком. Такие структуры, по словам авторов работы, сами выравниваются друг относительно друга; кроме того, достаточно всего двух слоёв, чтобы организовать ячейку памяти. Из-за сильного взаимодействия молекул с магнитной поверхностью с ними можно работать даже при комнатной температуре.

Однако сейчас изменения проводимости в подобных устройствах ещё не слишком велики — а отсюда и эффективность записи информации оставляет желать лучшего, несмотря на высокую плотность ячеек. Поэтому говорить о коммерческих перспективах ещё рано. Исследователи надеются, что эту проблему поможет решить поиск новых, более «покладистых» молекул, которые можно использовать для запоминающего слоя. Любопытно, конечно, кто кого обгонит — сугубо физико-химические нанотехнологии или же молекулярные накопители, основанные на биологических макромолекулах...

Подготовлено по материалам MIT News.