IBM een stap verder op weg naar atomair mram

IBM heeft bekendgemaakt dat het een belangrijke stap verder is met zijn onderzoek naar atomair geheugen. Onderzoekers hebben de kracht gemeten die nodig is om een kobaltatoom te verplaatsen op een vlak kristalrooster van koper of titanium.

De onderzoekers zijn erin geslaagd individuele kobaltatomen te verplaatsen en hebben tevens de kracht gemeten die daarvoor nodig is. In moderne harde schijven zijn miljoenen atomen nodig om een enkele bit op te slaan. Met een lengte van 20nm en een breedte van 100nm neemt een bit dus 2000nm² oppervlak in beslag, terwijl de techniek die IBM onderzoekt slechts 4nm² per bit nodig heeft: het oppervlak van enkele atomen.

In eerste instantie manipuleerden de onderzoekers kobaltatomen met een STM-microscoop, een uitvinding die IBM in de jaren '80 deed en waar de uitvinders in 1986 de Nobelprijs voor de Natuurkunde voor kregen. De atoomdikke isolatielaag waar het kobaltatoom op kwam te liggen bleek te dun om het tunneleffect van de naald van de microscoop tegen te gaan.

Atoomkrachtmicroscoop in actie op kobaltatoom

De onderzoekers grepen daarom naar een andere IBM-uitvinding: de atoomkrachtmicroscoop. Deze vorm van microscopie heeft geen last van het tunneleffect en de wetenschappers ontdekten dat er 210pN nodig was om een kobaltatoom op een vlak rooster van titaniumatomen te verplaatsen. Op een koperrooster nam deze kracht af tot slechts 17pN. Volgens hoofd van IBM's STM-lab Andreas Heinrich is het heel belangrijk om te weten wat deze benodigde kracht is, zodat gerichter onderzoek kan worden gedaan.

Een interessante uitkomst van het onderzoek is bijvoorbeeld dat het voor de lateraal benodigde kracht niet uitmaakt hoeveel kracht er op het atoom uitgeoefend wordt in de richting loodrecht op de ondergrond. Met andere woorden: de 'wrijvingskracht' in het vlak wordt niet verlaagd door het atoom als het ware op te tillen.

Reacties (27)

[Microkid]

George Lucas had het dus in 1977 bij het rechte eind met "May the force be with you". Straks zien we dat computers en geheugen geheel bestuurd worden door the force.

1 ding mis ik nog wel even: het kobalt atoom kan natuurlijk wel leuk gebruikt worden om als bit te dienen, maar waar halen ze de atomen vandaan? Hebben ze ergens een voorraadje? Want een geheugenblok is normaliter leeg. Stel dat je het vol met bit's met waarde 1 zet, dan moeten er miljarden kobalt atomen te voorschijn getoverd worden. Ook andersom. als je een lading bits van 1 naar 0 wil verzetten moet je al die atomen weer ergens parkeren en dat kost tijd. Daarom lijkt me deze techniek niet echt werkbaar.

[Reactie gewijzigd door Microkid op 29 juli 2024 20:06]

[Floort]

Het is natuurlijk niet praktisch om een bit op te slaan als een wel of niet aanwezig atoom. Je kan beter de nucleaire spin of de buitenste elektronen hiervoor gebruiken. Bovendien heb je niet eens zoveel kobaltatomen nodig; 1 gram atomen geeft je al meer dan een zetabit aan opslag bij 1 bit per atoom.

Wat je met deze techniek wel goed kan is een schakeling bouwen op atomaire schaal.

[_Thanatos_]

Een zettabit?

Kobalt geeft ongeveer 10.218.590.373.738.722.499.567 atomen per gram, uitgaande van 58,933u aan atomaire massa

[UncleScooby]

Wat dacht je van switchen? Voor elke bit nemen we 2 "gaten" en 1 zo'n atoom, die altijd op 1 van die gaten ligt (dus niks voorraadje elders). Het ene gat noemen we "0" en het andere gat noemen we "1".

[Reactie gewijzigd door UncleScooby op 29 juli 2024 20:06]

[Froos]

Heel spannend.. maar als natuurkundige op MAVO-D niveau kan ik hier niet zo heel veel mee. Als ik het goed begrijp, is het einddoel dus een veel kleinere geheugenchip zodat je op hetzelfde oppervlak een grotere capaciteit kunt plaatsen?

[OddesE]

Een bit per atoom zou voorlopig het ultieme einddoel zijn. Kleiner kan net, tenzij we in staat zijn om meerdere bits per atoom op te slaan.

Met mijn opmerking dat dit wel een hele kleine stap is bedoelde ik ook dat er nu maar één bit wordt uitgelezen en wel met een complete atoomkrachtmicroscoop. Eigenlijk hebben deze onderzoekers dus voornamelijk ontdekt hoeveel kracht het kost om een atoom één vakje in het onderliggende rooster te verplaatsen. Interessant, zeker, maar niet echt een concrete stap naar kleiner geheugen te noemen.

Ik vraag me ook ten zeerste af of mechanische toepassingen zoals we de laatste tijd voorbij zien komen wel echt toekomst hebben. Het verplaatsen van atomen e.d. lijkt me toch altijd trager dan werken met electriciteit. Verder kan ik me ook nauwelijks voorstellen dat het betrouwbaar zou zijn op grote schaal. Maar goed je weet nooit.

Ik vind het nu eigenlijk even knap dat het lukt om in het lab dat ene individuele atoom terug te vinden op dat kristal dan dat het lukt om hem daarna te verplaatsen. Dit gaat toch eigenlijk je voorstellingsvermogen te boven.

EDIT: spelling

[Reactie gewijzigd door OddesE op 29 juli 2024 20:06]

[Froos]

Kortom, ontzettend knap dat het ze gelukt is, maar ze zijn nog verder verwijderd van een practicabele inzet dan een koe is van een pak vla?

[OddesE]

Ik denk het wel ja.
Sowieso zie je bij alle nano onderzoek onderbouwingen van 'dit en dit zouden we er ooit mee kunnen doen'. Maar meestal ondekt men toepassingen die je nooit verzonnen zou hebben, terwijl van de oorspronkelijke doelen weinig terecht komt.

Uiteindelijk zijn deze mensen echt fundamenteel onderzoek aan het doen en dat laat zich niet voorspellen. Zo zijn op tweakers al heel wat onderdelen van nano-voertuigen langsgekomen. En van quantum computers... Maar wat het op gaat leveren uiteindelijk? Wie het weet mag het zeggen. Maar ik verwacht wel dat er hele interessante dingen gaan komen

[blorf]

Bij mij gaat het ook niet verder dan MAVO-D maar het verschil is toch dat er geen microcircuit met transistors e.d. nodig is, maar alleen een cobalt-atoom om een bit op te slaan?
Volgens mij is dit geheugen ook niet vluchtig als je de stroom er af haalt.

[OddesE]

[..]dat er geen microcircuit met transistors e.d. nodig is, maar alleen een cobalt-atoom om een bit op te slaan?

Voor de opslag zelf heb je misschien maar één atoom nodig, maar je zult de bits toch ook uit moeten lezen. Dat gebeurt nu met een atoomkrachtmicroscoop, een apparaat van een paar kubieke meter of zo.

Uiteindelijk kan alles dienst doen als opslag dat je in twee (of meer) 'standen' of statussen kunt plaatsen. Een atoom heen-en-weer schuiven kan dus net zo goed als het maken of vullen van een gaatje, om maar twee mechanische toepasingen te noemen.

[Verwijderd]

Als ik het goed begrijp, is het einddoel dus een veel kleinere geheugenchip zodat je op hetzelfde oppervlak een grotere capaciteit kunt plaatsen?

Dat is toch gewoon het idee dat achter alle geheugenverbeteringen schuil gaat? Zelfs bij opische media zie je dit, van een rode straal (CD/DVD) naar een blauwe straal (HD-DVD/Blu-Ray), je gaat dan ook van een "grote" golflengte naar een kleine golflengte om zo meer data op 1 gebied te krijgen.

[Froos]

niet dwingend. Vaak is het ook hetzelfde doel bereiken via een totaal andere weg met totaal andere middelen. Dat vergroot dan ook weer het inzetgebied en de uitbreidingsmogelijkheden.

[OddesE]

Wel een kleine stap op een lange weg te gaan nog volgens mij. Het verplaatsen van één enkel atoom is nog niet echt schaalbaar denk ik. Voordat we dus gigabytes opslaan door met atomen te jongleren zullen we dus wel een paar jaar verder zijn.

Verder waren er dacht ik ook onderzoekers bezig met het opslaan van informatie in de spin van het atoom; de richting waarin de electronen om de kern heen draaien. Dat lijkt me toch een veelbelovender onderzoeksrichting dan deze.

[Verwijderd]

Het probleem met data opslaan in de spin is dat het niet binair is. Een spin kan 1, 0, maar ook allebei zijn. Natuurlijk kan er op die manier meer data opgeslagen worden, maar de huidige technologie is niet gebouwd op een systeem met drie nummers. Ook zouden de busbreedtes moeten worden verdubbeld omdat er drie combinaties doorheen moeten kunnen, de draadloze verbindingen dubbele signalen uitzenden, etc.

[Floort]

Het probleem met data opslaan in de spin is dat het niet binair is. Een spin kan 1, 0, maar ook allebei zijn. Natuurlijk kan er op die manier meer data opgeslagen worden, maar de huidige technologie is niet gebouwd op een systeem met drie nummers.

Atoomspin is niet zomaar spin up of spin down of (spin up en spin down) => 3 mogelijkheden (een trit?). Atoomspin bevind zich in het algemeen in een superpositie van zowel spin up als spin down. Ook het "versturen" van deze superpositie gaat niet zomaar. Als je de qubit meet, meet je een eigentoestand, niet de superpositie. De enige mannier om de gehele superpositie te "versturen" is het fysiek verplaatsen (of teleporteren) van het atoom waarin de qubit is opgeslagen. (Zie ook het "no cloning therorem")

[WoBBeL]

Hoe denk je dat de huidige technieken zoals wij die nu kennen zijn ontstaan? Ook met "kleine" muizenstapjes als deze

[fevenhuis]

Muizenstapjes zijn tenminste nog redelijke stapjes , dit zijn nanostapjes ,'-)

Toch zie ik hier niet zo gauw een stap richting enige practische toepassing, eerder lijkt het zo te zijn, dat men weer wat heeft geleerd wat ooit eens eventueel gebruikt kan worden in computers in de ongespecificeerde toekomst, olé...

[Reactie gewijzigd door fevenhuis op 29 juli 2024 20:06]

[Floort]

Verder waren er dacht ik ook onderzoekers bezig met het opslaan van informatie in de spin van het atoom; de richting waarin de electronen om de kern heen draaien.

Spin van een atoom heeft niets te maken met draaiende beweging van de electronen!

[Black Sparrow]

Toevallig ben ik daar ook mee bezig op mijn stage, en ik kan zeggen dat het niet om proton spins gaat maar om electron spins en dat het in de complexen die ik probeer te vinden weldegelijk binair is. Dit onderzoek is op het gebied van zogenaamd high-spin/low-spin transities in overgangsmetaal complexen.

[Arrahant]

Iets dichterbij is deze technologie voor 'nieuw' geheugen...

http://sync.nl/snel-en-zu...eheugen-stapje-dichterbij

[OddesE]

Wel interessant om te zien dat door nano technologie ineens mechanica weer hot wordt. Iedereen verzint ineens mechanische constructies om geheugen uit te lezen en weg te schrijven e.d. Zo kan ik me een artikel herinneren waarbij men met palletjes door gaatjes te laten gaan een geheugenkaart wou vullen, beetje zoals een muziekdoos werkt...

[WPN]

ik snap niet waarom mijn reactie hierboven als ongewenst wordt gemod

de ponskaart is precies wat oddese bedoelt, alleen zit het in de muziekdoos anders verwerkt.

vroeger werkte pc's met ponskaarten, en de gaten in de kaart werden gelezen
een palletje door een gaatje laten gaan is het lezen van een ponskaart....

[WPN]

de ponskaart

[Verwijderd]

ik dacht dat er tegenwoordig op een single platter 3,5" schijf max 320gig past.
je zou dit dan dus theoretisch kunnen vermenigvuldigen met 500 om de verkleining naar 4nm² te maken.
dit zou een schijf op leveren van 160 terabyte, als je drie platters zou nemen zou dit dus oplopen naar bijna een half petabyte.