Dette er en mikroskopskanning av atom-harddisken. Prikkene representerer atomer, og posisjonen bestemmer om de representerer 1 eller 0. Se hele bildet i bunn av saken. Ordene er lagt på for å vise hva koden representerer. (Bilde: TU Delft)
Dette er en mikroskopskanning av atom-harddisken. Prikkene representerer atomer, og posisjonen bestemmer om de representerer 1 eller 0. Se hele bildet i bunn av saken. Ordene er lagt på for å vise hva koden representerer. (Bilde: TU Delft)

Utvikler harddisker som kan lagre ekstremt store mengder data

En helt ny måte å lagre data på, kan gi plass til over hundre ganger så mye informasjon som dagens harddisker. Det handler om å flytte rundt på enkeltatomer.

Publisert

Harddisken er en ekstremt viktig del av teknologien som driver den moderne verden. Ute i internettskyen ligger det milliarder på milliarder av terabyte (TB) med informasjon.

Alt av videoer, bilder, dokumenter, eposter og databaser blir lagret på harddisker over hele verden.

I 2013 produserte hele verden til sammen rundt 3,5 milliarder TB med data, ifølge Techradar.com.

Smarttelefonen din har kanskje 32 gigabyte (0,032 TB) med lagringsplass.

Men plassbehovet skyter i været. Ifølge Techradar kommer verden til å lagre vanvittige 44 milliarder TB i løpet av 2020. All denne lagringsplassen må bygges og plasseres i servere rundt omkring, men det krever ekstremt mange harddisker og massevis av fysisk plass.

En europeisk forskergruppe eksperimenterer nå med en helt annerledes måte å lagre data på. De vil flytte på enkeltatomer for å lage en ekstremt effektiv lagringsmåte sammenlignet med harddiskene vi har i dag. Konseptet er beskrevet i Nature nanotechnology.

0 og 1

Men først, en liten innføring i datalagring. Lagringskapasitet måles i hvor mye data som kan lagres på en kvadrattomme av den fysiske harddisken.

En høykvalitets tradisjonell harddisk kan lagre 1,3 terabit per kvadrattomme, ifølge Computerworld.  Disse harddiskene har roterende magnetiske skiver, og du finner dem i for eksempel bærbare datamaskiner.

Dette er en tradisjonell magnetisk harddisk fra en bærbar datamaskin. (Foto: Evan Amos/CC BY-SA 3.0)
Dette er en tradisjonell magnetisk harddisk fra en bærbar datamaskin. (Foto: Evan Amos/CC BY-SA 3.0)

Den andre vanlige teknologien er flash-minne. Dette finner du i telefonen din, og de har ingen bevegelige deler. Her er det konstant videreutvikling, og Computerworld melder om et laboratorium som har fått til 2,77 terabit per kvadrattomme.

Atom-harddisken til de europeiske forskerne skal kunne klare vanvittige 502 terabit per kvadrattomme. Dette er fortsatt bare en hypotetisk mulighet, men de har bygget en prototype på 1 kilobyte (kB).

1 kB er 8000 bits, som er den minste enheten i datalagring. En bit kan ha to verdier, enten 1 eller 0, som danner binærkode - grunnlaget for den digitale verden.

Så hvordan er det mulig å bruke enkeltatomer til å lagre data?

Kloratomer og kobber

Prinsippet deres går ut på å lage en ekstremt jevn overflate av kobber som det legges kloratomer på. Disse kloratomene danner et perfekt rutenett, men noen av rutene er tomme.

Ved hjelp av en type ikke-optisk mikroskop, kalt Scanning tunneling microscope (STM), kan atomene flyttes inn og ut av tomrommene. Her kan du lese mer om denne typen mikroskop.

Som du kan se på bildet under står atomene på linjer, og de kan arrangeres i to forskjellige posisjoner på linjene.

 (Foto: (Bilde: TU Delft))
(Foto: (Bilde: TU Delft))

Opp-posisjonen betyr 0, mens ned-posisjonen betyr 1. Dermed kan atomene flyttes til å representere en hvilken som helst binær kode. Forskerne har brukt lagringsplassen til å lagre en berømt forelesning av fysikeren Richard Feynman, som handler om nettopp manipulering av enkeltatomer.

Du kan se hele koden i bunn av saken.

Kaldt og tregt

Men denne atom-konstruksjonen må være stabil for at det skal fungere, og det krever lave temperaturer.

Kloratom-harddisken var stabil i 40 timer mens den var nedkjølt til minus 196,15 grader. Samtidig tar det lang tid å både lese av og lagre ny informasjon. Forskerne brukte rundt ti minutter for å endre en eneste bit.

Dette fungerer ikke i verden utenfor laboratoriet, men vi får se om denne teknologien kommer til å spre seg om noen år.

Dette er ikke første gang forskere har eksperimentert med atomer og tomrom for å lage binære koder. En studie fra 2002 gjorde noe lignende med silisium-atomer, men her kunne ikke atomene flyttes rundt etter at mønsteret var laget, ifølge den nye Nature-artikkelen.

Her er en hel mikroskop-scanning fra 1 kB-harddisken. (Foto: (Bilde: TU Delft))
Her er en hel mikroskop-scanning fra 1 kB-harddisken. (Foto: (Bilde: TU Delft))

Referanser:

Otte mfl: A kilobyte rewritable atomic memory. Nature nanotechnology, juli 2016. DOI: 10.1038/nnano.2016.131. Sammendrag.