Med hjälp av ett sveptunnelmikroskop kunde forskare på IBM förra året presentera världens minsta magnetiskt lagrade bit digital information – konstruerad med endast tolv atomer. Nu har teamet använt sig av samma teknik för att animera en kortfilm, med 100 miljoner gångers förstoring.

Kortfilmen som IBM-forskarna laddat upp på Youtube heter ”A Boy and his Atom”, och visar en enkel figur som träffar på en ensam atom. Filmen består av 242 bildrutor, samtliga fångade med ett sveptunnelmikroskop som gör enstaka atomer och molekyler urskiljbara med en förstoring på 100 miljoner gånger, och filmen har verifierats av Guinness World Records som världens minsta film.

Capturing, positioning and shaping atoms to create an original motion picture on the atomic-level is a precise science and entirely novel. At IBM, researchers don’t just read about science, we do it. This movie is a fun way to share the atomic-scale world while opening up a dialogue with students and others on the new frontiers of math and science.
– Andreas Heinrich, IBM Research

Sveptunnelmikroskopet, som uppfanns just hos IBM och vars konstruktion belönades med Nobelpris 1986, var inte bara viktigt för att kunna fånga atomerna på bild, utan var nödvändigt för att kunna placera ut dem med precision. En extremt tunn och skarp nål placerades en nanometer ovanför en kopparyta, och en spänning lades över de båda. Genom att sedan försiktigt flytta nålen över kopparytan kunde forskarna dra med sig atomerna, mer specifikt i form av kolmonoxidmolekyler, och använda de ljud som uppstod för att bedöma hur de förflyttat sig.

Med filmen vill forskarna bland annat dra uppmärksamhet till sin teknik för att förflytta och granska atomer, som tidigare visats upp i arbetet med världens minsta magnetiskt lagrade digitala bit, och det är därför filmen inleds med just 12 atomer – det minsta antal atomer som kan ge en stabil representation av en bit. Detta kunde göras delvis genom användandet av sveptunnelmikroskopet, som undersöker ett material genom att upptäcka tunnlande elektroner nära ytan, och delvis genom att placera ut atomerna antiferromagnetiskt.

Förenklat innebär detta att intilliggande atomer har motsatt riktning (motsatt spinn), så att det totala magnetfältet försvinner. Detta i motsats till en ferromagnetisk skara atomer, där alla atomer har samma riktning och får ett väldigt starkt gemensamt fält, vilket är vad som ger upphov till de starka magnetfält vi märker till vardags, i exempelvis traditionella hårddiskar, kylskåpsmagneter eller kompasser. När atomerna är antiferromagnetiskt arrangerade kan de placeras tätt ihop utan att störa varandra. Med tolv atomer per bit skulle en teoretisk hårddisk tillverkad med tekniken kunna rymma 400 terabyte.

Sveptunnelmikroskop

Även om tekniken bevisligen är klar för att göra kortfilmer kommer det dröja länge innan vi får se någonting liknande för lagring i konsumentprodukter. Systemet är väldigt känsligt för andra partiklar och måste skyddas från i stort sett all extern stråling, så det krävs i dagsläget en temperatur på 1 Kelvin (-272 grader Celsius), det vill säga en grad över den absoluta nollpunkten.

Andreas Heinrich på IBM Research uppskattar att ungefär 150 atomer skulle krävas per bit om samma teknik skulle kunna användas i rumstemperatur, vilket fortfarande är betydligt mindre än den ungefärliga miljon atomer som används per bit i en traditionell hårddisk. Tillverkningskostnaden och den komplicerade tillverkningsprocessen sätter dock den största käppen i hjulet. Men med eller utan framtida superhårddiskar är ”A Boy and His Atom” ett underhållande exempel på graden till vilken vi idag kan manipulera materia även på den minsta av skalor.

En sammanfattning av arbetet bakom filmen finns på IBMs hemsida, samt i en pressrelease här.

Relaterade nyheter:

5
Leave a Reply

Please Login to comment
5 Comment threads
0 Thread replies
0 Followers
 
Most reacted comment
Hottest comment thread
4 Comment authors
Andreas GDesplowSegen01flopper Recent comment authors
  Subscribe  
senaste äldsta flest röster
Notifiera vid
flopper
Medlem
flopper

Kilroy was here

Segen01
Gäst
Segen01

Ja, det här med raketforskning verkar vara inte så komplicerat i jämförelse 😉

Andreas G
Medlem

Det här är riktigt häftigt. IBM har ett forskarlabb jag tror många drömmer våta drömmer om att få jobba i.

Desplow
Medlem
Desplow

Det låter fantastiskt men är ändå oroväckande. Om 12 atomer per bit motsvarar en potential på 400 TB stora 3,5″-hårddiskar i framtiden så måste praktiska 150 atomer per bit motsvara en på hårddisk på 32 TB. Om man jämför det med dagens förpackade NAND-densitet så får man: MicroSDXC (0,064 TB) = 11*15*1 mm = 165 mm²3,5″ HDD (32 TB) = 101,6*25,4×146 mm = 376773,44 mm² 376773,44/165 = 2283,47539394 MicroSDXC-ekvivalenter per 3,5 HDD-volym. 2283,47539394*0,064 = 146,142425212 TB lagring per 3,5″ HDD-volym med dagens förpackade NAND-densitet. 146,142425212/32 = 4,56695078788 gånger högre densitet per volymenhet för dagens förpackade NAND jämfört med den extrapolerade… Läs hela »

Andreas G
Medlem

Du [quote name=”Desplow”]*snip*MicroSDXC (0,064 TB) = 11*15*1 mm = 165 mm²[b]3,5″ HDD (32 TB) = 101,6*25,4×146 mm = 376773,44 mm²[/b]*snip*Tänker jag rätt ?[/quote] Inte riktigt, men klart intressant iaktagelse. Du får nog snarare mäta på skivorna storlek, eller rättare sagt den del av skivorna som är användbar. Hela skivan används nämligen inte alltid utan det hela är begränsat av ett antal faktorer som så oftast beror på armen och läshuvudet. I teorin kanske vi har cirka 5500-7000mm² på en skiva inuti en hårddisk. Du kan i kanske bästa fall klämma in upp till 5 skivor inuti i en hårddisk även… Läs hela »