IBM-onderzoekers slaan bit op enkel atoom op

Wetenschappers van IBM zijn erin geslaagd individuele magnetische atomen te gebruiken voor de opslag van bits. De onderzoekers wisten ook bits uit te lezen van de kleine magneten. Ze gebruikten atomen van het element holmium.

Het team van IBM Research wist een bit te schrijven bij een holmium-atoom op magnesiumoxide met behulp van pulsjes van een scanning tunnelling microscoop. Door het kleine elektrische stroompje werd het magnetisch moment, omhoog of omlaag, bepaald. Holmium heeft een zeer hoog magnetisch moment en de informatie bleef behouden. De magnetische staat van het holmium-atoom werd vervolgens uitgelezen met behulp van tunnel-magnetoresistance.

De atomen kunnen hun magnetische informatie meerdere uren bewaren volgens de onderzoekers. Ze demonstreerden daarnaast twee magnetische atomen met de vier mogelijke staten te kunnen beschrijven en uit te kunnen lezen, terwijl die atomen slechts een nanometer uit elkaar lagen. Volgens het team toont de magnetische stabiliteit aan dat het mogelijk is magnetisch geheugen op basis van enkele atomen te maken. Voorheen lukte het stabiel beschrijven en uitlezen alleen in combinatie met drie tot 12 atomen.

De onderzoekers beschrijven hun werk in het wetenschappelijke tijdschrift Nature onder de titel Reading and writing single-atom magnets.

Helaas!
De video die je probeert te bekijken is niet langer beschikbaar op Tweakers.net.

Reacties (49)

[Haan]

Misschien wel interessant om er bij te vermelden dat ze dit bereikt hebben bij een temperatuur van < 5 Kelvin, dus het is nog heel een eind verwijderd van enige praktische toepassing.

En om dit beter in perspectief te plaatsen: op een normale hardeschijf bestaat een bit uit ongeveer 1 miljoen atomen.

In het nieuwsbericht van Nature zelf wordt e.e.a. wat uitgebreider beschreven.

[Reactie gewijzigd door Haan op 28 juli 2024 18:49]

[Jogai]

En een normale HD werkt ongeveer bij 300 graden kelvin

edit:

[Reactie gewijzigd door Jogai op 28 juli 2024 18:49]

[Jiffy]

Nee, die werkt bij ~300 Kelvin. 'Graden' is zó Celsius/Fahrenheit...

[BrammetjeBram]

Precies , bovendien is dit allemaal vrij instabiel. Of zeg maar hyperinstabiel. Interessant is dus ook onder wat voor invloeden de atomen nog meer van mogelijke staat veranderen.

[Lightmanone1984]

Tja, als het een zeer hoog magnetisch geheugen heeft, is het niet apart dat het op te slaan is. Maar het is jammer genoeg erg zeldzaam, en blijft dus niet lang opgeslagen.
desondanks, is het wel een kunst om iets op te slaan in zo iets zo kleins!

[Reactie gewijzigd door Lightmanone1984 op 28 juli 2024 18:49]

[supersnathan94]

Niet lang opslaan (enkele uren) is dus prima voor toepassingen als RAM.

[Verwijderd]

Voor RAM lijkt t me net te kort, maar voor andere caching doeleinden zou het uitstekend zijn, mits het een beetje snel zou werken.

Edit: Ik snap nu dat ram zelfs nog meer ververst moet worden

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 28 juli 2024 18:49]

[Gerco]

DRAM, wat in elke computer zit, moet elke paar milliseconden ververst worden om zijn inhoud te behouden. Een paar uur lijkt me dus meer dan voldoende, de geheugen controller heeft het dan vergeleken bij DRAM heel makkelijk.

[STFU]

Volgens mij wordt RAM elke klokslag ververst. Dus een paar honderd miljoen keer per seconde.

[Gerco]

Nope, elke clocktick is veeeeeeel te veel. Zelfs het meest dynamische DRAM wordt slechts elke paar microseconden ververst. Een "standaard" refresh rate is in de milliseconden:

quote: https://en.wikipedia.org/..._refresh#Refresh_interval

refresh times for DRAM have been improving; from 8 ms for 1M chips, 32 ms for 16M chips, to 64 ms for 256M chips.

Deze cijfers zijn van 2012, maar ook voor meer recent RAM zijn de tijden nog steeds in de milliseconden. Vergeleken met een CPU is DRAM overigens ontzettend traag. Het kost al snel honderden clockticks voor de processor om DRAM te benaderen.

[Alex3]

Bij elke klokpuls worden een aantal bits ververst. Na een paar milliseconden moeten ze allemaal aan de beurt geweest zijn.

[Alex3]

Een atoom heeft maar twee standen: omhoog en omlaag. Er treedt geen verzwakking op, waardoor af en toe verversen geen zin heeft. Er is wel een kans om van waarde te veranderen, met een bepaalde halfwaardetijd. Je moet dus voor foutcorrectie zorgen.

[Patriot]

Er treedt geen verzwakking op, waardoor af en toe verversen geen zin heeft.

Sorry hoor, maar dat volgt niet op elkaar. Misschien heb jij een ander beeld bij 'verversen', maar het komt er gewoon op neer dat je de huidige waarde uitleest en opnieuw schrijft. Het interval waarop dat gebeurt wordt bepaald door de hoe lang je kunt garanderen dat een geschreven waarde uitleesbaar is.

Als dit 'verversen' niet op deze manier mogelijk is dan wil je dus zeggen dat je op deze manier maar één keer naar zo'n atoom zou kunnen schrijven.

[Alex3]

Je kunt niet garanderen dat de waarde binnen een bepaalde tijd niet verandert, want op elk moment is de kans op omslaan even groot. Het gedrag is dus geheel anders dan verzwakking.

[Patriot]

Dan weet je dus direct na schrijven niet meer of de waarde klopt, dat is toch in feite hetzelfde als niet schrijven?

[Alex3]

Het eerste klopt, het tweede niet. Daarom schreef ik dat je foutcorrectie moet gebruiken. Dan ben je niet van één bit afhankelijk. De kans dat er meerdere bits direct veranderen is een stuk kleiner.

[Patriot]

Sorry, het hele 'verversen heeft geen zin' principe komt gewoon nu pas binnen

Soms blijft het contra-intuïtief, kansen

[MSalters]

Klopt, op bit-nivo. Daarom zal dit soort geheugen altijd ECC hebben, zodat een paar geflipte bits niet je hele 4KB sector corrumperen.

[Ayporos]

Dat is theoretisch correct, praktisch incorrect.

Het klopt dat een atoom in der daad enkel óf positief óf negatief magnetisch geladen kan zijn, maar de hoeveelheid lading bepaald hoe 'sterk' het geladen is (vandaar ook dat ze holmium gebruiken) en de sterkte van deze lading zorgt ook voor de langdurigheid van de opslag én de mogelijkheid het (relatief gezien) makkelijk en betrouwbaar uit te lezen.

[Verwijderd]

@Ayporos
Er is niet zoiets als een magnetische lading, en er wordt duidelijk uitgelegd dat de richting (omhoog of omlaag) van het magnetisch moment wordt gebruikt. Daar kun je simpelweg niet meer dan een bit aan informatie in opslaan. Er is niet zoiets als meer omhoog of meer omlaag.

En aangezien ik niets lees over qubits ga ik niet speculeren of fantaseren.

[leuk_he]

Maar dat zou betekenen dat je meer richtingen dan omhoog en omlaag zou kunnen hebben, dus daarmee zouden dan meer bits magnetisch kunnen worden opgeslagen. Maar dan hebben we over nog theoretisher gevallen.

Want las ik het goed lees is juist de MRM sensor laten functioneren bij deze lage temperaturen een uitdaging.

en een nano meter afstand, dan wil zeggen dat er toch een stuk of 4 atomen tussen zitten?

[MSalters]

Het klopt dat je meer richtingen dan onhoog en omlaag hebt. Helaas, dit is quantum-mechanica. Er zijn inderdaad 3 dimensies, maar als je de spin in 1 richting meet, dan wis je de spin in de andere 2 richtingen (!) Dat is geen ongelukje of een meet-probleem, dat is fundamenteel hoe de natuur in elkaar zit.

[Ayporos]

Wikipedia is het niet met jou eens:
Het magnetisch moment of voluit magnetisch dipoolmoment (symbool m) is een vectorgrootheid die een maat vormt voor de sterkte en richting van het magnetisch dipoolveld dat een voorwerp veroorzaakt. De eenheid van magnetisch moment in het SI is ampère vierkante meter (A m2), wat equivalent is aan joule per tesla (J/T). Het magnetisch moment kan worden gebruikt om kracht en krachtmoment tussen magnetische voorwerpen te berekenen mits de afstand groot genoeg is om de dipoolbenadering te kunnen gebruiken.

Een vector heeft altijd een richting én een waarde.

En het is dus wel degelijk mogelijk (theoretisch) om meer dan een bit aan informatie op te slaan als het mogelijk zou zijn om nauwkeurig een waarde aan dat betreffende moment mee te geven, deze waarde te behouden was, en de waarde van deze vector nauwkeurig uit te lezen was.

In plaats van speculeren of fantaseren zou ik al lang blij zijn als je wat minder (incorrecte) assumpties zou maken.

[Verwijderd]

En hoeveel variaties heb je als het gaat om een enkel atoom? Zoals MSalters al aangeeft zorgt het meten van de richting van het magnetisch moment in een richting dat je de andere richtingen niet meer kunt meten. Dat is precies de reden dat er niet meer dan 1 bit informatie kan worden opgeslagen.

Hoe wil je heel precies een waarde meegeven aan iets dat komt in kwanta, want de veldsterkte staat vast. De afstand waarop je meet variëren levert geen informatie op, dus de informatie kan alleen maar in de oriëntatie van het veld zitten, en door die te meten beïnvloed je het systeem. Het kan simpelweg niet.

Als jij dit wel kunt, kun je je Nobelprijs gaan ophalen.

Maak je verder geen zorgen, ik weet wanneer ik met een leek te maken heb.

[White Feather]

Ook voor Ram zou het prima kunnen. Je moet het gewoon regelmatig opnieuw uitlezen en "opfrissen". Dat geldt ook voor TLC-ssd's. Je zag dat de data steeds
slechter werd als je dit niet goed deed (Samsung 840 Evo):https://nl.hardware.info/nieuws/43668/samsung-laat-gebruikers-mondjesmaat-nieuwe-840-evo-firmware-downloaden

[zonoskar]

Gaan we weer terug naar ringkern geheugen? Alles wat oud is komt weer in de mode

[AtariXLfanboy]

Een van mijn favoriete youtube kanalen heeft ook een filmpje over Holmium natuurlijk
https://www.youtube.com/watch?v=HQahtzCU0BU
(En ze moeten ophouden zulke nuttige toepassingen voor zeldzame moeilijk produceerbare elementen te vinden )

[Reactie gewijzigd door AtariXLfanboy op 28 juli 2024 18:49]

[J-r0en]

Misschien een beetje simpel, maar lummelen met een redundant atoom zou het toch oplossen?

[Yarach]

Ik blijf het werkelijk ongeloofelijk vinden hoe geavanceerd computers zijn geworden door de jaren heen. Al helemaal als je beseft hoe kort geleden de IBM 7049 is gebouwd, al helemaal hoe kort computers eigenlijk nog bestaan. Op het Radboudumc waar ik stage mag lopen heb ik onlangs een video in het archief gevonden dat stamt uit de jaren 70. Als ik zie wat voor belangrijke rol computers en de transistorisatie van elektronica toen al heeft betekent voor de zorg en zie welke kant men binnen het Radboud opgaat, kan ik er met mijn hoofd gewoon niet meer bij! Computers zullen alleen nog maar geavanceerder worden en op den duur de grootste taken gaan overnemen (op het Radboud). Op het Radboudumc kan men dankzij computers nu zelfs gebouwen gaan slopen om meer open ruimte te creëren en zorgkosten te besparen! Dankzij uitvindingen zoals deze van IBM en kwantumcomputers (die nog veel bizarder werken) kunnen er prachtige dingen bereikt worden, mits ze natuurlijk niet massaal in verkeerde handen vallen.

[Geekomatic]

Super cool dit!
maar nog wel een, *kuch* toefje verwijderd van praktische toepassing.
(temperatuur, lees/schrijf apparaat, snelheid...)

[Reactie gewijzigd door Geekomatic op 28 juli 2024 18:49]

[livePulse]

Zo interessant dit.. ik had nog nooit van Holmium gehoord!

[j-phone]

Zie hier de geboorte van de oplossing van de data verzamel woede van diverse overheden.

[Verwijderd]

Hmmja, net alsof omgevingen als CERN en radioschotelklusters niet op hun sloffen veelvouden aan data binnenhalen -en- zinvol kunnen verwerken dan wat overheden doen.
Ik heb niets tegen een gezonde paranoia levensstijl maar om nou hiermee te beginnen gaat echt ver.

[Verwijderd]

Dat nu aankaarten is niet paranoia, maar gewoon niet effectief. Het gebeurt heus wel hoor. Daar hoef je niet per se een eigenaardige persoon voor te zijn om dat te denken. Als je over 35 jaar eenmaal goedkoop een paar 10 PB schijven in een servertje doet met Tbit verbindingen en overal 8K camera's ophangt, nou dan heb je me toch wat moois op mee te spelen hoor. En die techniek komt heus wel en uitgebreide toepassingen ook. Maar goed het is nu een beetje irrelevant. Hier, ik help je al bij het scoren van mijn comment.

[DigitalExorcist]

Over 35 jaar zijn Tb verbindingen en PB's aan opslag hopeloos verouderd.

Reken op 10 jaar max.

[Liberteque]

Ik denk dat de wal het schip keert op gegeven moment en dat we gewoon altijd eigen opslag kunnen blijven gebruiken zolang het geproduceerd zal worden.
Ze produceren ook nog steeds cassette bandjes...

[DigitalExorcist]

Je zal allicht iets moeten hebben om van te booten.

Hoewel dat ook prima via internet kan natuurlijk. (Als ik m'n Macbook even als voorbeeld neem waarbij de Disaster recovery gewoon via internet opstart).

[Verwijderd]

Overheden kunnen niet alles permanent opslaan, en al helemaal niet daar ook nog eens jaren later doorheen werken.
Als je ooit met ELK bezig bent geweest weet je dat de data van een serverpark van 1000 servers een jaar bijhouden al best wel wat inspanning vergt, niet alleen qua hardware en kosten, maar ook aan menselijke inspanning. Voor alle servers die in Nederland staan een schaduw ELK op te tuigen en daar doorheen te werken is ondoenlijk. En met elk datacenter wat Microsoft of Google hier neerzet neemt de benodigde inspanning toe.

Tinnen hoedjes, en populistische politici, vergeten weleens dat er ook zoiets bestaat als 'kosten' en 'realistische haalbaarheid'.


Ja, ik weet dat er monitoring apparatuur in datacenters staat, maar die hebben niet de capaciteit om alles altijd te bewaren.

[Liberteque]

Toch moet je ze ook niet onderschatten..

Als google het internet kan indexeren dan kunnen ze (of anderen) dat ook bij de data centers

[DigitalExorcist]

En anders komt er wel wetgeving voor. "Wij moeten te allen tijde inzage hebben in jullie servers, anders kun je je bedrijf opdoeken".

[Verwijderd]

Technisch kan alles, maar je onderschat de kosten en inspanning die dat kost. Bij Google zit daar een verdienmodel achter. Bij de overheid niet en niemand die bij z'n volle verstand is denkt dat je de pakkans van terroristen er enorm mee vergroot. Met gericht zoeken kom je veel verder.

[Liberteque]

Doe dan:

Je weet niks Jan Sneeuw