Современный мир всё больше зависит от огромных объёмов данных, которые ежедневно создаются и потребляются через социальные сети, стриминговые сервисы и интернет-приложения. Такой бум цифровой информации предъявляет всё более высокие требования к технологиям хранения, заставляя инженеров и учёных искать новые решения, которые могли бы вместить в себя гигантские объёмы данных на минимальной площади.
Ведущие исследователи из Австралийского национального университета (ANU) и Манчестерского университета представили революционное открытие: жесткие диски, основанные на уникальной молекуле — магнитах с одной молекулой, которые способны радикально увеличить плотность хранения информации. Размер такого накопителя сравним с почтовой маркой, но он может вместить данные объёмом, эквивалентным полумиллиону видеороликов TikTok или 40 тысячам компакт-дисков с альбомом «Dark Side of the Moon».
Магнитные материалы и роль молекул
Традиционные методы хранения данных используют магнитные материалы, где информация кодируется с помощью областей, состоящих из тысяч и даже миллионов атомов, намагниченных в определённом направлении. В новых молекулярных магнитах каждый отдельный атом или молекула выполняет функцию магнитного бита. Это позволяет кардинально уменьшить размер носителя и повысить плотность хранения данных.
Однако у этих молекул есть ограничения. Для стабильной работы им необходимы очень низкие температуры — порядка 80 Кельвинов (-193°C), что сопоставимо с температурой на обратной стороне Луны. Это связано с тем, что при более высоких температурах магнитные свойства быстро теряются из-за теплового движения атомов.
Как была достигнута новая конфигурация молекулы
Ранее исследования в этой области опирались на редкий и дорогой элемент — диспрозий, связанный с атомами азота в молекулах сложной формы. Эти молекулы способны хранить большие объёмы данных, но их стабильность оставляла желать лучшего.
Новое исследование позволило ученым из ANU и Манчестера выявить, что выстраивание трёх атомов диспрозия в прямую линию значительно улучшает стабильность магнитной памяти. Для этого они использовали химическую группу — алкен, которая выступает в роли «молекулярного штифта», удерживающего атомы на месте и препятствующего их смещению.
Впечатляющие характеристики нового накопителя
Созданная молекула сохраняет магнитную память при температуре около 100 Кельвинов (-173°C), что выше, чем предыдущие модели, и уже достижимо с помощью охлаждающих агентов, например жидкого азота, способного поддерживать температуру около 77 Кельвинов (-196°C).
Предполагается, что на диске площадью всего 0,155 квадратных дюймов (примерно 1 квадратный сантиметр) можно будет хранить до 3 терабайт данных — что является беспрецедентным показателем для таких размеров.
Это открывает перспективу создания новых компактных, сверхплотных накопителей, которые могут кардинально изменить ландшафт индустрии хранения данных, сделав возможным хранение огромных массивов информации в минимальных физических объемах.
Значение открытия для индустрии и общества
Современные центры обработки данных требуют колоссальных затрат энергии и пространства. С увеличением объёмов цифровой информации растут и финансовые, а также экологические издержки. Молекулярные магниты могут стать ключом к уменьшению этих затрат, предоставив сверхкомпактные и энергоэффективные решения.
Кроме того, применение таких технологий может ускорить развитие искусственного интеллекта, облачных вычислений и новых форм интерактивного контента, поскольку быстрая и надежная память — один из основных столпов прогресса в цифровой эпохе.
Технические вызовы и перспективы
Конечно, высокая чувствительность молекулярных магнитов к температуре требует использования систем охлаждения, что пока ограничивает их применение. Но с развитием технологий криогенного охлаждения и материаловедения эти препятствия постепенно уменьшаются.
Ученые надеются, что в будущем будет возможно создание подобных систем, работающих при более высоких температурах или с применением гибридных технологий, что сделает молекулярные магниты практичными для повседневного использования.
Итог
Разработка молекулярных магнитов из трехатомных цепочек диспрозия с помощью молекулярного штифта — значимый шаг в эволюции технологий хранения данных. Этот прорыв обещает хранить огромные объемы информации в микроскопических размерах при низких температурах, открывая путь к новым возможностям в области цифровых технологий и информатики.
Пока ещё впереди долгий путь от лабораторных образцов до коммерческих продуктов, но уже сейчас ясно, что молекулярные жесткие диски могут изменить наше представление о будущем цифровой памяти.