Международный коллектив ученых открыл возможность создания устройства для хранения информации, в котором размер одной ячейки составляет один атом.

Использование магнетизма для устройств памяти актуально с середины XX века, когда была изобретена магнитная лента. Суть его в том, что определенные материалы под воздействием магнитного поля намагничиваются. Участки намагниченности выполняют роль единиц хранения информации — битов. Сейчас ученые работают над уменьшением размера новых устройств, увеличением скорости чтения и записи информации и повышением стабильности ее хранения. Миниатюризация достигла того, что на данный момент самый малый физический размер бита составляет три атома. В новом исследовании достигнут новый предел — размер ячейки памяти сократился до одного атома.

Исследователи из IBM и Института фундаментальных наук в Сеуле продемонстрировали чтение и запись информации на атомы редкоземельного металла гольмия, способного сохранять намагниченность долгое время. Его атомы были нанесены на оксид магния при помощи сканирующего туннельного микроскопа, зондом которого можно перемещать атомы. Записывали информацию также при помощи сканирующего туннельного микроскопа. Направленный электрический импульс менял намагниченность атома. Два противоположно направленных вектора намагниченности означают логические ноль и единицу. Схема устройства включала систему из двух атомов гольмия и железа на подложке из оксида магния.

Магнитное состояние считывалось при помощи эффекта магнетосопротивления, для чего рядом с атомами гольмия и были расположены атомы железа. Эффект магнетосопротивления часто используется при измерениях: сопротивление на выходе меняется в зависимости от направления вектора намагниченности. При совпадении намагниченности зонда и измеряемой структуры оно меньше, при их противоположных направлениях — больше. Атомы железа выступали своего рода детектором для проверки намагниченности атомов гольмия.

Таким способом на атомы гольмия записали и считали с них последовательно четыре разных состояния, включающих комбинации логических нулей и единиц.

Важным свойством системы является сохранение сообщенных микроскопом магнитных состояний, хотя расстояние между атомами гольмия было около нанометра. В течение пяти часов перезаписи информации считываемое магнитное состояние соответствовало записанному. Обычно на столь близком расстоянии происходит обмен магнитными состояниями между атомами, вследствие чего система становится нестабильна. Объяснения явлению пока не найдено.

Использование одноатомных ячеек памяти позволит значительно снизить размер устройств чтения и записи данных.