Onderzoekers ontwikkelen geheugen met één bit per molecuul

Wetenschappers uit verschillende landen hebben magnetisch geheugen ontwikkeld dat slechts één molecuul, bestaande uit 51 atomen, nodig heeft om een bit op te slaan. Moderne harde schijven gebruiken drie miljoen magnetische atomen per bit.

De wetenschappers construeerden het molecuul door een magnetisch ijzeratoom te midden van vijftig andere atomen te plaatsen. Deze vijftig atomen werken als een organische schil om het ijzeratoom, waardoor de informatie wordt beschermd. Door deze organische schil ondervindt het ijzeratoom geen last van het superparamagnetische effect. Dit effect houdt in dat bits magnetisch instabieler worden naarmate ze kleiner worden. Als een bit te klein wordt, kan de warmte van de omgeving al voldoende energie leveren om de magnetische richting van het materiaal 'om te klappen'. De superparamagnetische limiet waarbij dit effect optreedt, bepaalt de maximale datadichtheid van de opslagtechnologie.

Daarnaast heeft het molecuul nog een andere interessante eigenschap. De magnetische richting van het ijzeratoom wordt veranderd met behulp van een elektrische puls in plaats van een magnetisch veld. Onder invloed van deze puls verandert ook de weerstand van het molecuul. Daarom kan de waarde van de bit met een weerstandsmeting worden uitgelezen.

Reacties (67)

[victor.van.acht]

Edit: oeps... ik vergis me een factor 100... Daar heb ik wel vaker last van... Getallen en conclusie aangepast.

Nu te koop in de winkel: 25nm single level NAND flash (~60.000 atomen /bit)
Binnenkort verwacht: 25nm multilevel NAND flash (~20.000-30.000 atomen /bit)
Gedemonstreerd op conferenties in het lab: 10nm single level NAND flash (~10.000 atomen/ bit)

Verwacht wordt dat NAND flash nog wel een paar technologie nodes zal doorschalen.

[Merk op dat ik alleen de OPPERVLAKTE van de floating gate heb geteld, niet de dikte. Merk ook op dat ik alleen de floating gate heb geteld, en niet de source, drain en control gate aansluiting. Maar dat is voor het molecuul hierboven ook niet meegeteld.]

[Reactie gewijzigd door victor.van.acht op 27 juli 2024 02:57]

[Bonez0r]

Verschillende toepassingen. Een moderne harde schijf heeft zoals in het artikel staat ongeveer 3 miljoen atomen per bit. Erg slecht zou je zeggen, als je naar de 600 van ssd's kijkt. Waarom worden er dan zoveel harde schijven gekocht? Prijs is één reden, maar de andere is capaciteit. Als je echt veel opslag nodig hebt dan ga je daar geen ssd's voor gebruiken.

Ten tweede, 51 atomen per bit voor harde schijven is wel degelijk impressive. Zoals boven al iemand berekend had komt het neer op 58PB per platter, dus meer dan 200PB per schijf mogelijk. Bij jouw ssd voorbeeld zou je een verbetering van 6x kunnen verwachten. Als je als voorbeeld een moderne ssd van 1TB neemt, kom je uit op 6TB in de toekomst. 6TB vs 200PB. De keuze is snel gemaakt als je opslag wil.

[Fjerpje]

Mee eens inderdaad, alleen hoe groter de schijf des te groter de uitdaging voor de sensor, welke lees en schrijft, om de informatie terug te vinden op de schijf. Met hedendaagse lees snelheden duurt het een eeuwigheid voordat je een paar MB op een schijf van 100 PB hebt terug gevonden.

Door de ontdekte elektrische eigenschap waarmee het magnetische veld aangepast kan worden zouden eventueel andere sensors voor het uitlezen en schrijven kunnen worden gemaakt.

[Reactie gewijzigd door Fjerpje op 27 juli 2024 02:57]

[totaalgeenhard]

NAND <> magnetische opslag.

Je kunt het niet op deze manier vergelijken.

Bovendien is magnetische opslag op bewegende delen na niet aan slijtage onderhevig.

Gezien de enorme schaal verkleining kunnen ze mogelijk straks (mits kosten/baten goed uitpakt) ze magnetische opslag oplossingen maken zonder mechanische delen.

Dan krijgt NAND een serieuze concurrent erbij.

Verder vraag ik me af of iemand nog iets gehoord heeft van Fe-NAND het is nu bijna vijf jaar dat ik er van gehoord heb maar naast veel belovende specs (levensduur SSD langer dan HD's en hogere snelheden) heb ik nog geen enkele oplossing gezien gebaseerd hierop.

[bbob]

Hoe kleiner nand des te minder schrijfacties en wie weet kun je met deze techniek heel veel meer schrijfacties uitvoeren.

[hardwareaddict]

Het is moeilijk om dit nieuwsfeit op waarde te schatten; het lijkt alsof ze een soort van combinatie van analoge technologie, zoals de mens, wat gebruikt wordt om een digitale conclusie te trekken.

Nu is alles wat analoog is ontzettend krachtig, maar hoe betrouwbaar is het als je dit op grote schaal zo zou produceren?

In dit geval nameiljk is het juist voor de wetenschappers 'handig' dat het 'maar' 51 atomen zijn. Op het moment dat ze hun analoge opslag vergroten naar meer atomen dan is ook de statistische kans groter dat het fout gaat, zo zegt het gevoel.

Wat hebben ze nu feitelijk aangetoond?

Eigenlijk hetgeen we al van ons DNA weten, namelijk dat als je klooit met wat atomen dat je er iets in kunt opslaan. Dit wisten we al dat dit mogelijk was.

Maar stel nu dat je het wilt gaan gebruiken voor DIGITALE techniek - dan is er plots een enorm probleem.

Vandaar dat het lastig is om dit op waarde te schatten.

[Droozle]

Je haalt atomen en moleculen door elkaar. Elk ijzer atoom wordt omringd door vijftig andere atomen en vormt zo een molecuul. Je kunt vervolgens eindeloos veel van dergelijke moleculen naast elkaar zetten om een harde schijf te maken.

[geert1]

Het zou kunnen dat op de lange termijn het huidige concept van digitale techniek niet langer de ideale oplossing zal zijn. Misschien dat er dan een soort semi-organische basis is voor technologie, of iets quantum-mechanisch. Ja, uit dit schrijven blijkt al dat ik er slechts heeel oppervlakkige kennis van heb, maar het is wel belangrijk om buiten het huidige silicoon-gebaseerde idee te kijken lijkt me.

[Bonez0r]

Waarom denk je dat dit analoog is en huidige hardeschijf technologie digitaal? Beide werken gewoon met atomen die een aan- en uitstand hebben. Dus beide zijn digitaal. En waarom zou dit foutgevoeliger zijn? Er staat juist dat het door een "kooitje" van omringende atomen wordt afgeschermd van ongewenste invloeden.

[TweakOverflow]

interessant artikel, ik ben wel benieuwd of er ook daadwerkelijk een ontwikkeling voortvloeit uit dit onderzoek. Ook wat het met de prijs doet!

[RRRobert]

interessant artikel, ik ben wel benieuwd of er ook daadwerkelijk een ontwikkeling voortvloeit uit dit onderzoek. Ook wat het met de prijs doet!

Ik verwacht hier eerder resultaten van terug te zien in consumentenelektronica dan uit de al vele jaren verwachtte doorbraak van de quantumcomputing in een commercieel toepasbare uitvoering

[bwerg]

Is er ooit verwacht dat quantumcomputing een doorbraak zou zijn voor consumentenelectronica dan? Voor de overgrote meerderheid van de taken die consumenten doen is een quantumcomputer helemaal niet zo geschikt. Het nut daarvan beperkt zich slechts tot enkele taken, waaronder enkele cryptografische toepassingen (maar lang niet alle). Dat zal dus hoogstens tot een extra chipje op je moederbord leiden, dat enkele specifieke taken versnelt.

Een HDD die petabytes bevat, daarentegen...

[Reactie gewijzigd door bwerg op 27 juli 2024 02:57]

[Verwijderd]

Een HDD die petabytes bevat, daarentegen...

waar per gigabyte een X aantal centen thuiskopievergoeding op komt...

[Mocro_Pimp®]

Is dat er nu ook al?

[.oisyn]

Het nut daarvan beperkt zich slechts tot enkele taken, waaronder enkele cryptografische toepassingen (maar lang niet alle)

Quantum cryptografie heeft dan in z'n geheel weer niets met quantum computing te maken, maar meer met quantum communicatiekanalen. Wat wel zo is, is dat de vandaag de dag gebruikte public key encryption zo goed als onveilig wordt wanneer quantum computers gemeengoed worden, aangezien er een quantum algoritme bestaat dat getallen kan factoriseren in priemgetallen en het discreet logaritme probleem op kan lossen (beide met het algoritme van Shor)

[Reactie gewijzigd door .oisyn op 27 juli 2024 02:57]

[Verwijderd]

Met een quantumcomputer kun je berekeningen super-imposen, dus alles wat er met SIMD instructies versneld kan worden kun je ook met een quantumcomputer versnellen, lijkt mij. En SIMD wordt bijvoorbeeld veel op grafische kaarten gebruikt, maar ook in de cpu.

Maar goed, echt veel kaas heb ik niet van quantum computers gegeten, dus neem het niet voor waar aan.

[.oisyn]

dus neem het niet voor waar aan.

Liever niet inderdaad, want er klopt weinig van wat je zegt . Het is niet zo dat een quantum computer 2^N berekeningen tegelijk kan doen voor getallen van N qubits. Een getal van N qubits kan dan wel een waarde aannemen van 2^N getallen in superpositie, aan het eind van de berekening zal bij het uitlezen van de waarde de superpositie vervallen en gewoon slechts 1 van alle mogelijke resultaten aannemen (met een bepaalde kans).

Oftewel, het is niet zo dat als je 1+5 en 3+8 wil berekenen je gewoon {1, 5} + {3, 8} doet en daar dan vervolgens {4, 13} uit komt rollen. In plaats daarvan komt er {4, 8, 9, 13} uitrollen, wat je niet kunt zien want bij het uitlezen krijgt hij gewoon 1 van die 4 waarden, elk met 25% kans*.

* Dit is een enorme oversimplificatie van de werkelijkheid

[Reactie gewijzigd door .oisyn op 27 juli 2024 02:57]

[Verwijderd]

idd, Om de voordelen van quantum computing te gebruiken. Zul je eerst een optimaal algoritme moeten vinden, Als die er al is. Om de zelfde rede dat je een algoritme voor een cpu ook moet parallelliseren wil je hem op een gpu/parallelle processor willen berekenen. Maar niet alle algoritme's kunnen worden versneld.

Voor sommige algoritmes zijn al snellere quantum versie's zoals Database searching, collisions. Er zijn ook quantum algoritmes die 'nog' niet sneller zijn als een classicaal algoritme als Sorting, Dat even snel is als een klassikale versie.

[Verwijderd]

Vraag me af hoe ze deze moleculen willen aansturen als ze vlak naast elkaar liggen? 3 miljoen atomen is een stuk groter dan 51 atomen.

[totaalgeenhard]

[q]Moderne harde schijven gebruiken drie miljoen magnetische atomen per bit.[q]

Ze hebben dus (3.000.000 - 51) meer ruimte om ze aan te sturen dan met huidige HDD

Stel ze zouden "overhead" hebben van 1 miljoen atomen per bit om het te kunnen aansturen/lezen dan is dat nog steeds een factor 3 beter dan huidige harddisks.

[jip_86]

Het is misschien zuurpruimen, maar dit is echt meer een artikel we hebben iets leuks gevonden, maar het duurt nog jaren voor het commercieel toepasbaar is. In dit artikel word het zelfs niet eens genoemd.

[RobbieB]

Op die manier kun je iedere ontdekking doodredeneren. Te beginnen met het Higgs-deeltje...

[postbus51]

Dat higgs is een deel van een theorie , dit gaat over een constructie die blijkbaar werkt en voor de IT mss belangrijk wordt

We zullen mss dat higgs veld weer toepassen in een ander idee maar dat is nog ver weg

[Verwijderd]

Kwa prijs denk ik dat over 10 jaar ze goedkoper worden.

[Nas T]

Qua.
Erg interessant, misschien ook qua snelheid? Dit klinkt als een mogelijke vervanger voor flash, het werkt met een elektrische puls en kan uitgelezen worden met een weerstandsmeting. Behoorlijk datadicht, dus als dit ook nog eens snel is en energiezuinig, zou dit mogelijk een alles in één oplossing kunnen zijn voor geheugen.

[Alfa1970]

Lijkt me niet, om als flash te kunnen functioneren zou elke elke cel een eigen uitlees kop moeten bevatten, dat gaat bij dit medium niet zo handig denk ik, zelfs met de uitleesmethode die er nu voor uitgedacht is.

[freaq]

waar staat dat? er staat alleen dat het magnetisch veld veranderd kan worden door een elctrische puls, dus het is mischien ook mogelijk om de waarde uit te lezen met een puls.

[geert1]

Ik lees hier toch erg vaak dit soort doorbraken qua onderzoek en vraag me dan af of er iets mee gedaan wordt. Da's natuurlijk gemakkelijker gezegd dan gedaan en ik ben ook niet tegen theoretisch / fundamenteel onderzoek, maar dit soort berichten schreeuw bijna om iets van praktische toepassing.

Een jaar of twee terug las ik veel over batterijen en accu's die veel langer meegaan en snel opgeladen kunnen worden. Naar mijn idee is dit één van de grootste minpunten aan alle mobiele apparatuur op dit moment (en bijvoorbeeld voor electrische auto's interessant) en daarom zou ik graag iets terug zien van al deze theoretische doorbraken in de praktijk. In plaats daarvan krijgen we steeds snellere, mooiere apparaten die we elke dag mogen gaan opladen. En we accepteren dat als realiteit terwijl we wel steeds dikkere processoren en meer geheugen verwachten? Ik vind dat raar, en teleurstellend

[Reactie gewijzigd door geert1 op 27 juli 2024 02:57]

[Smeis]

Ten eerste staan wetenschappelijke doorbraken vaak nog ver af van een implementatie in producten, er moet vaak nog gewoon heel veel gebeuren voordat het echt toepasbaar is. Het gaat in dit geval om een enkele molecuul die in een laboratorium is gebouwd en waarvan de waarde word aangepast met een scanning tunneling microscope die elektronische pulsen naar de molecuul schiet. Dat staat heel ver van een complete harde schijf die je zo in een computer kan stoppen. Deze ontwikkeling ga je denk ik ook voorlopig nog niet terugzien in harde schijven, daar is helaas door niemand wat aan te veranderen.

Wat betreft je opmerkingen over accu's en batterijen. Die worden steeds beter en krijgen steeds meer capaciteit, de producten waar ze worden ingestopt gaan echter ook steeds meer energie vragen omdat de consument meer een betere features wil hebben. Dan gaat de accuduur natuurlijk ook niet echt vooruit

[Reactie gewijzigd door Smeis op 27 juli 2024 02:57]

[Floor]

Teleurgeteld hoef je echt niet te zijn, wel minder ongeduldig.
We leven in een fantastische tijd waar ontwikkelingen sneller gaan dan ooit. Misschien dat dit ook je torenhoge verwachtingen verklaard. Maar bekijk het vanuit de andere kant. Een (theoretische) technologie is niet meteen praktisch. Er komen nog zoveel meer factoren om de hoek kijken zoals betrouwbaarheid, veiligheid, productie, regelgeving enz.

[blorf]

Ik denk dat commerciele uitbuiting de grootste rem op de ontwikkeling is. Bijv. in dit geval, bij storage-technologie is het vast wel mogelijk om betaalbaar harde schijven te produceren die in snelheid en capaciteit in een klap gehakt maken van alle andere schijven. Bij SSD's wordt het helemaal simpel. De produktie van een chip op zich kost niet bijzonder veel. De kosten zitten in de voorafgaande onderzoek- en testfases. Dus je kan voor een relatief klein verschil in produktiekosten elke SSD 10x zoveel chips geven die eventueel ook nog parallel samenwerken. Maar een SSD-fabrikant is ook niet gek.

[Crowdsourcing]

Precies! En dat is toch doodzonde? Echte waarde delft te vaak het onderspit t.o.v. monetaire waarde. Ronduit tergend is het.

@Floor je hebt wel gelijk hoor, het is inderdaad een fantastische tijd. Maar je argument, dat verwachtingen daarmee tè hoog worden, houdt geen steek; hoge verwachtingen hebben

[Verwijderd]

Gevaarlijk, al je redundantie kwijt.
DNA, informatie-opslag op dezelfde schaal, raakt de hele tijd beschadigd, ook door het continue deeltjes- en stralingsbombardement uit de ruimte, maar heeft de bechikking over reparatiemechanismes.
De opslag in het artikel lijkt me alleen geschikt voor informatie waarbij het niet erg is als er relatief vaak fouten optreden: multimedia.

[Verwijderd]

hoezo redundantie? Wat voor redundantie heb je nu dan? de bit is groter maar daardoor niet redundant - je hebt maar één bit.

Je kunt wel bedoelen dat de gevoeligheid voor diverse omgevingsfactoren groter lijkt, alhoewel volgens het artikel dat schijnbaar wel meevalt. Dan nog, als de bits zo klein worden kun je best echt redundantie invoeren, en bijvoorbeeld per byte gaan opslaan met 1 of twee bits foutcorrectie per byte. kost 12,5 tot 25% extra ruimte, maar als je het toch al meer dan 50.000 keer kleiner maakt kan dat geen kwaad meer

[AlexanderB]

op een harde schijf staan 3 miljoen atomen, als het overgrote deel 1 kant op wijst, dan telt de meerderheid, en maakt het niet uit als dr 1 of n paar perongeluk omvallen.. als deze ene atoom omvalt, dan is gelijk je hele informatie 1 bit veranderd.. als dat een aantal keer gebeurd, kan een bestand ineens iets heel anders bevatten.. alleen bij grote stromen data die relatief ongevoelig zijn voor kleine beschadigingen (muziek, film, grote plaatjes) maakt dat "minder" uit..

of je moet inderdaad alles in veelvoud redundant gaan opslaan..

[Reactie gewijzigd door AlexanderB op 27 juli 2024 02:57]

[bbob]

Raid of gewoon data dubbel opslaan met deze techniek zou het geen probleem moeten zijn.

[Marathir]

Daarbij is dit mega mooi onderzoek op het gebied van manipulatie van materialen op atoomniveau!

[bbob]

Klopt heel mooi en als je het goed leest is het een combinatie van ssd en hdd.

Men gebruikt magnetisme uit de HDD maar de aansturing gebeurt net als ssd met stroom en niet met een bewegende kop.

Het artikel heeft het ook over geheugen.

Het zal misschien niet zo snel zijn als normaal geheugen maar wel even snel als ssd schrijven en misschien niet het nadeel hebben van het beperkt aantal keer kunnen bedrijven.

Zullen we het maar een SHDD noemen dan ?

[Dark Angel 58]

Moderne harde schijven gebruiken drie miljoen magnetische atomen per bit.

moderne harde schijven? bedoelen ze SSD? (niet die oude roterende schijven)

[Fealine]

SSD is geen harde schijf en werkt bovendien niet met magnetisme. Dus dit is een vergelijking met de oude vertrouwde HDD.

[ArgantosNL]

Voor het leeuwedeel van nederland is een opslag medium dat in de computer zit vast geschroeft een hardeschijf. Als je zo'n PCI-E insteek kaart zou hebben zullen ze het zelfs nogsteeds een hardeschijf noemen.

[bbob]

Ja en nee. Het werkt met een magnetisch veld maar aangestuurd via stroom. In het artikel staat ook geheugen, het is dus een combinatie van magnetisch en elektrisch, geen ssd geen hdd maar ergens in het midden zonder bewegende delen.

[Yngwie-]

Nee, geen SSD's.. moderne harde schijven als in de schijven die op dit moment te koop zijn, niet die van 10 jaar terug.

[slash24]

Dat lijkt me niet, aangezien ze het over magnetische atomen hebben. Voor zo ver ik weet werken traditionele (draaiende) harde schijven op basis van magnetisme en een SSD niet.

[Bonez0r]

Ze hebben het over "moderne" harde schijven omdat ook hd's nog steeds verder ontwikkeld worden en een steeds hogere data dichtheid krijgen. Daarom is een vergelijking met moderne hd's totaal anders dan met hd's van 10 jaar geleden (die bijvoorbeeld 10 miljoen atomen per bit hadden).

[.oisyn]

HDD => Hard Disc Drive
SSD => Solid State Drive

Een SSD heeft geen harde schijf (ook wel: platter) in zich, en is technisch gezien dus ook geen hardeschijf. En in tegenstelling tot wat je wellicht denkt is de oude traditionele HDD nog lang niet afgeschreven.

[Reactie gewijzigd door .oisyn op 27 juli 2024 02:57]

[Verwijderd]

magnetisch ijzeratoom

Is één ijzeratoom niet altijd magnetisch aangezien de ijzeratomen niet random geordend kunnen zijn?

[dukejunior]

Ik vraag me af wat dit met de storingsgevoeligheid gaat doen.

[Haas_nl]

Over 20 jaar doen we dit met higgs boson deeltjes

[Verwijderd]

Success met uitlezen zonder LHC!

[Martao]

Da's wel redelijk veilige opslag dan ;-)

[Fjerpje]

De HDD krijgen ipv 12V aansluiting dan gewoon een 400V aansluiting hoor. De lees en schijf arm is dan tevens van titanium

[Reactie gewijzigd door Fjerpje op 27 juli 2024 02:57]

[watercoolertje]

Haha en daarna met snaren (zie snaartheorie) En daarna nog kleiner en kleiner en kleiner en kleiner en kleiner

[ThePendulum]

Ik weet even niet zeker of de snaartheorie onderdeel is van de negatief-vergrotende trap van deeltjes.

Het klinkt voor mij een beetje als de lijst:
universum > zonnestelsel > planeet > continent > schildpad > land > stad > straat > huis.

[Reactie gewijzigd door ThePendulum op 27 juli 2024 02:57]

[Crowdsourcing]

Hahaha ik zag die schildpad echt niet aankomen, geniaal!

Maar het is toch wel degelijk zo dat stringtheorie, als (speculatief) onderdeel van quantumtheorie (theorie is altijd speculatief, okee), gaat over de deeltjes die inderdaad nog weer een niveau lager liggen dan de atomen waaruit moleculen bestaan? D.w.z. het idee is toch dat 'strings' daadwerkelijk de bouwstenen van het universum zijn?