分子はもう過去のものとなった。アルマデンの IBM の研究者たちは原子ストレージを解明し、単一の原子を磁化してそこに少量のデータを保存することに成功した。
問題の原子はホルミウム原子で、銀白色の金属であり、希土類元素であるランタノイド元素です。また、天然物質の中で最も高い磁気モーメントを有しています。
ホルミウム原子は酸化マグネシウムの表面に付着しており、N極とS極を安定化させ、近くの磁石からの擾乱に抵抗します。ビット値1と0は磁極の向きによって定義されます。
走査トンネル顕微鏡の金属針の先端から電流が供給され、原子の極性が交換されます。この電流がビット値として書き込まれます。ビット値はトンネル磁気抵抗によって読み取られます。トンネル磁気抵抗は、単一の鉄原子をセンサーとして用い、量子力学的スピン共鳴効果を用いて原子を流れる電流を測定します。
「単一原子からの磁気双極子場の原子スケールセンシング」論文の図
これがどのように行われるかは、 Nature Nanotechnology の論文「単一原子からの磁気双極子場の原子スケールセンシング」で説明されています。
ここで使用される走査型トンネル顕微鏡（ナノスコープ）は、液体ヘリウムで冷却され、原子が磁気の向きを十分な時間維持することで、信頼性の高い書き込みと読み出しを可能にします。また、空気分子やその他の汚染物質による干渉を排除するため、極真空状態で動作します。
IBM の原子ストレージ研究者と機器。支柱を掘りましょう。
原子はビット値をどれくらい保持するのでしょうか？ 論文の要約では、研究者たちはこう記しています。「MgO上の個々のHo原子の読み取りと書き込みを実証し、それらが独立して数時間にわたって磁気情報を保持することを実証しました。」
研究者たちは、2つの磁性原子を1ナノメートル離すと、独立して書き込みと読み取りができることを示しています。
高い磁気安定性と電気的読み出し・書き込みを組み合わせることで、単原子磁気メモリが実際に可能であることが示されます。希土類原子1個を含む単分子磁石における磁気双安定性の実証は、将来のストレージメディアにおける単原子スピン中心の可能性を示しました。
つまり、このようなストレージ技術を使用したデバイスが構築できれば、現在のディスク ドライブや SSD よりも 10,000 倍の密度になります。
韓国基礎科学研究所（IBS）の元IBM研究者、アンドレアス・ハインリッヒ博士は次のように述べています。「原子1個より小さくなることはありません。1ビットを磁性原子1個に収めるという、究極のストレージ技術です。これまでにないほどコンパクトで堅牢な、劇的に異なるストレージの可能性に期待しています。」
IBMは今週初めに量子コンピュータに関する発表を行いました。同社は、今後の走査型トンネル顕微鏡の研究では、個々の磁性原子を用いた量子情報処理の可能性を探ると述べています。
登録コメント
これは素晴らしい成果ですが、クレジットカードサイズのデバイスにiTunesの楽曲3500万曲相当を保存できるとはまだ期待しすぎないでください。この原子レベルのストレージが実用的な技術として開発できるかどうかを見極めるには、数十年にわたる研究とエンジニアリングが必要です。
IBM の研究者による続編論文「単一原子磁石の読み取りと書き込み」が、近々 Nature 誌に掲載される予定です。®
