Элементарная единица кодирования информации, бит, может принимать значения «ноль» и «единица». Что это означает на практике – зависит от развития технологий. Бит может соответствовать включённой или выключенной лампе, транзистору и т.д. Сейчас исследователи подошли к минимальному теоретически возможному пределу – кодированию информации с помощью состояния электронов в атомах.

Учёные из Технологического института Карлсруэ (Германия) вместе с исследователями из Страсбургского института физики и химии материалов (Франция) и Университета Чиба (Япония) продемонстрировали явление гигантского магнитного сопротивления для отдельных молекул фталоцианина. Это означает, что исследователи научились использовать магнитное поле, чтобы влиять на состояние электронов в молекуле. Работа опубликована в журнале Nature Nanotechnology, а популярное изложение представлено на сайте института.

Гигантское магнитное сопротивление – это эффект резкого снижения электрического сопротивления материала при воздействии магнитного поля. На нём основана работа современных жёстких дисков. Альбер Фер (Albert Fert) и Петер Грюнберг (Peter Grunberg), получившие в 2007 году Нобелевскую премию за исследование гигантского магнитного сопротивления, работали с кристаллами, состоящими из чередующихся слоёв ферромагнетика и немагнитного металла (например, железа и хрома). В новой работе в качестве немагнитного вещества выступали отдельные молекулы фталоцианина, а в качестве ферромагнетика – игла сканирующего туннельного микроскопа.

Рис. 1. Изображение фталоцианина, полученное
с помощью сканирующего туннельного микроскопа.
Разные цвета соответствуют различным спиновым
состояниям. Изображение Центра функциональных
наноструктур Технологического института Карлсруэ.

Снижение электрического сопротивления связано с тем, что внешнее магнитное поле действует на электроны по-разному в зависимости от их спина – квантовой характеристики, которую упрощённо можно назвать «направлением вращения» электрона. Спин электрона может принимать два значения, их называют +1/2 и –1/2. Если будет разработана технология, позволяющая использовать спин отдельного электрона как элементарный носитель информации (бит), то все книги, фильмы и музыку, созданные человечеством, можно будет хранить на единственной флешке.

«Использование спина для кодирования информации имеет ряд преимуществ, – цитирует Вульфа Вульфхекеля (Wulf Wulfhekel), ведущего автора исследования, сайт IEEE Spectrum. – Это энергонезависимая память, то есть вам не нужно электричество, чтобы сохранить текущее состояние. Если вы выключите компьютер и включите его снова, вам не понадобится ждать, пока он загрузится. К тому же расход энергии при использовании такой памяти будет намного меньше, что очень важно для мобильных устройств».

Первоисточник информации:

S.Schmaus, A.Bagrets, Y.Nahas, T.K.Yamada, A.Bork, M.Bowen, E.Beaurepaire, F.Evers, and W.Wulfhekel. Giant magnetoresistance through a single molecule. – Nature Nanotechnology. – 2011. – doi:10.1038/nnano.2011.11.