IBMナノ科学者たち、単一原子へのデータビット記録に成功—超微細メモリへのブレイクスルー

3,500万曲のiTunesライブラリ全体がクレジットカードサイズのデバイスに収まる未来を想像してください。まだ夢ですが、IBMリサーチ・アルマデン（カリフォルニア州サンノゼ）の最近の研究がその現実に一歩近づけました。Nature掲載の研究で、単一原子上での1ビットデータ読み書きを実証—驚くべきことに、一般的なハードディスクドライブは1ビットあたり10万〜100万個の原子を使用します。

希土類元素である単一ホルミウム原子が、世界最小磁石として1ビットデータをエンコード。

仕組み

ビット—情報の基本単位—は0または1のみを取り、ライトスイッチのようです。信頼性のある磁気ビットを作るのに必要な最小原子数の決定は長年の課題でした。この研究でチームは、これまでで最小の磁石を設計：単一ホルミウム原子。酸化マグネシウム表面に付着させると、隣接磁石の干渉があっても原子の南北極が安定して整列したまま。この二つの配向がビットの0と1を定義します。

カスタム製、IBM発明、ノーベル賞受賞の走査トンネル顕微鏡（STM）が集束電流を供給し、原子の磁気配向を反転させ「書き込み」操作を実現。同STMが結果の磁気電流を測定しビット値を「読み取り」。このデュアル読み書き能力が、原子スケールメモリ技術における重要なマイルストーンです。

研究者たちに会う

Christopher Lutz、IBMナノサイエンス研究者、STMで世界最小磁石へデータ記録。

コンピュータサイエンスバックグラウンドを持つ物理学者Christopher Lutz氏は、長年原子スケール操作のパイオニア。UCサンタクルーズ博士課程を一時中断後、1985年IBMリサーチ・アルマデン入社、原子物理シミュレーション用並列コンピュータ構築。ノーベル賞受賞者Don Eigler、後にAndreas Heinrichと協働し、25年以上にわたる画期的研究を主導、世界最小ムービー「少年とその原子」創作を含む。

「世界を一連の計算として見ます」とLutz氏。「ナノメートル精度で原子を配列することで、ロジックゲートを構築でき、この研究で示した通り、単一原子が確実にデータビットを保存できます。」

中国の小都市出身のポスドク研究者Kai Yang氏は、IBM訪問時のキャンパスツアーガイドボランティアを経てチーム参加。プロジェクトがいかに失敗に近かったか回想：2ヶ月間、安定した二つの磁気状態検出に失敗し、6週間のデッドライン直面。昼夜問わず作業し、午前4時にブレイクスルーのパルス電流技法で成功、Nature掲載へ。

IBMリサーチ・アルマデンのIBMナノ科学者Christopher Lutz氏（左）とKai Yang氏（右）。

この成果により、Yang氏はMIT Technology Review「35歳未満の35革新者」に選出、現在はIBMでポスドク研究者として活躍。

今後、チームは個々の原子の磁気と相互作用を探求継続。表面上で原子を新規構造に配列し、単一原子スピン共鳴—MRI着想の技法—で、前例のない分解能で磁気特性を探査します。

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