Иновация на китайски учени може да доведе до появата на нови устройства за съхранение на данни в бъдеще (снимка: CC0 Public Domain)
Устройство, изобретено от китайски учени и наречено молекулен твърд диск, работи подобно на шест-битова 3D NAND клетка. Изследователите демонстрираха запис на 96 състояния във всяка “точка” на устройството, което разкрива перспективи за създаване на бъдещи памети с голям капацитет.
Разработката е публикувана в научното издание Nature със заглавие „Молекулярна логика на твърдите дискове за криптирано съхранение на големи количества данни”. Иновацията е потвърдена експериментално с помощта на атомно-силов микроскоп. Накрайникът на микроскопа измерва релефа на повърхността на “молекулярния твърд диск” и нивото на заряд във всяка точка на запис.
Експерименталният блок на обещаващото устройство за съхранение се състои от приблизително 200 органометални комплексни молекули (OCM), които по време на обработката се сглобяват независимо в монослой на повърхността на субстрата. Четенето и писането се извършват с помощта на проводящ атомно-силов микроскоп (C-AFM) с работен радиус от 25 нм.
Цифровата информация е записана чрез промяна на физикохимичните състояния на молекулите (с помощта на окислително-редукционни реакции), което води до натрупване на определен брой йони в точката на запис. По време на отчитането е измерен токът, протичащ през материала и върха на микроскопа. Колкото повече йони са натрупани по време на процеса на запис, толкова по-висок е бил токът по време на четене. В експеримента стойността му варира от пикоампери до микроампери.
Освен това в горната част на върха е монтирано огледало, върху което е насочен лазерният лъч. Тъй като нанорелифът се променя, върхът на микроскопа се премества, причинявайки колебания на отразения сигнал. Този сигнал е получен от фотодетектор, записващ промяната във височината на покритието, което може да се използва и за кодиране на информация на молекулярен твърд диск.
Поради увеличената битова дълбочина на съхранение на данни във всяка точка на запис, общият обем на молекулярния твърд диск може да бъде намален с 16,7%, в сравнение с традиционните твърди дискове със същия обем данни. В бъдеще е възможно да се постигне още по-голям брой състояния на проводимост, което ще увеличи битовата дълбочина на всяка точка на запис и плътността на съхранение.
Учените разглеждат също възможността за създаване на нов формат на флопи диск: „В бъдеще, чрез комбинация от интелигентен молекулярен дизайн, стратегия за синтез, сглобяване на отделни молекули и използване на гъвкави субстрати, молекулярните твърди дискове могат дори да станат флопи дискове за преносими цифрови устройства с висока плътност на запис и повишена сигурност”.
Все пак трябва да се има предвид, че експлоатационният живот на накрайниците на атомно-силовия микроскоп остава ограничен, което е пречка за скорошната комерсиализация на молекулярните твърди дискове. При непрекъснато сканиране на повърхност върхът на микроскопа се износва в рамките на 5–50 часа, а това е сериозен технически проблем.