Магнитная запись информации достигла предельной плотности
Международная группа физиков добилась предельной плотности записи информации в магнитном состоянии вещества — один бит в одном атоме. Это соответствует увеличению емкости жестких дисков в тысячи раз. Для двухбитового устройства ученые разработали процедуры записи и чтения информации с помощью сканирующего туннельного микроскопа. Технология еще далека от реальных применений, однако она показывает, что достижение предела плотности записи информации возможно. Исследование опубликовано в Nature, кратко о нем сообщает редакционная заметка журнала.
Магнитная запись информации основана на том, что многие материалы в магнитном поле намагничиваются вдоль его линий и сохраняют эту намагниченность даже после отключения поля. В магнитных носителях, таких как дискеты и HDD, роль битов выполняет намагниченность небольших участков диска. С уменьшением размеров этих участков значительно растет объем информации, которую можно записать на устройстве того же размера. Сейчас один домен коммерчески доступных жестких дисков насчитывает в себе порядка миллиона атомов (несколько нанометров в диаметре). Эксперименты показывают, что размер запоминающей ячейки можно уменьшить до 3-12 атомов.
Авторы новой работы добились стабильной записи и хранения информации на протяжении нескольких часов в одиночных атомах гольмия. Выбор металла ученые объясняют следующим образом. Любая орбиталь атома может нести на себе ни одного, один или два электрона. Магнитные свойства атомов определяются в основном неспаренными электронами, которые находятся на своей орбитали в одиночестве. Гольмий обладает большим количеством неспаренных электронов и, к тому же, является обладателем самого большого магнитного момента среди элементов периодической таблицы. Кроме того, неспаренные электроны атома находятся близко к ядру, что обеспечивает их некоторую изолированность от внешней среды. Поэтому магнитное состояние гольмия может сохраняться достаточно долгое время.
На поверхности оксида магния гольмий испытывает магнитную анизотропию — она приводит к тому, что у атома есть два устойчивых магнитных состояния, определяющихся ориентацией его суммарного спина. Чтобы перейти из одного состояния в другое атом должен преодолеть энергетический барьер. Чем ниже температура среды, тем менее вероятен этот переход. Соответственно этим двум устойчивым состояниям и приписываются значения «нуля» и «единицы».
В эксперименте ученые создали ячейку памяти, состоявшую из двух атомов гольмия, находящихся на поверхности оксида магния, который был охлажден до 1,2 кельвина. Для записи и чтения ученые использовали сканирующий туннельный микроскоп, исследующий поверхности с помощью чрезвычайно острой иглы. Операция записи заключалась в приложении к атому определенного электрического напряжения. Для чтения авторы использовали эффект туннельного магнетосопротивления — электрическое сопротивление между поверхностью и иглой зависит от направлений намагниченности кончика иглы и атома гольмия.
Чтобы проверить, не вносит ли сама игла помех в работу устройства, и оценить время жизни записанной информации, физики использовали недавно разработанный ими метод мониторинга магнитных полей. Для этого рядом с атомами гольмия ученые поместили атом железа, служивший детектором. Магнитное поле атома гольмия вызывало небольшие изменения в электронной оболочке железа (происходило расщепление уровней), что авторы фиксировали с помощью спектроскопических техник. Оказалось, что информация хранилась без изменений на протяжении более пяти часов. При повышении температуры до 4,3 кельвина спонтанное изменение состояния произошло спустя полтора часа после записи.
Это не первый пример памяти, использующей для записи одиночные атомы. В 2016 году голландские физики научились кодировать информацию с помощью положения одиночных атомов хлора на монокристалле меди. Авторы продемонстрировали элемент памяти объемом в один килобит и даже записали в него фрагменты текста лекции Ричарда Фейнмана «Там внизу много места» и «Происхождения видов» Чарльза Дарвина.
Предельная плотность записи информации позволяет поместить по одному биту информации в один атом, находящийся на поверхности носителя. Если взять, к примеру, поверхность монокристалла железа и записывать информацию на ней, то в квадратном сантиметре уместится около 10 петабайт данных.
Владимир Королёв
Он может поднимать груз до 25 килограмм
Американская компания Apptronik представила раннюю версию прототипа гуманоидного робота общего назначения Apollo. Его рост составляет 173 сантиметра, масса — 73 килограмма. Заряда батареи хватает на четыре часа работы. В текущей версии Apollo может поднимать до 25 килограмм и предназначен для работы на складах, однако в будущем список возможностей и сфер применения будет расширяться, сообщает New Atlas. При поддержке Angie — первого российского веб-сервера В последнее время сразу несколько компаний анонсировали разработку собственных человекоподобных роботов общего назначения. Среди них, например, производитель экзоскелетов Fourier Intelligence и робототехническая компания Unitree, известная прежде всего своими четвероногими роботами. К разработке собственного человекоподобного робота приступила даже Tesla, которая недавно представила обновленную версию робота Optimus. Такой всплеск интереса к роботам, конструктивно повторяющим анатомию человека, в первую очередь связан с их ключевой способностью функционировать в той же среде, где работает и живет человек. Они могут передвигаться по тем же помещениям, взаимодействовать с теми же инструментами и предметами без необходимости специально что-либо менять и перестраивать. В перспективе человекоподобные роботы смогут заменить собой людей на тяжелых и опасных для здоровья работах. Недавно список компаний-разработчиков пополнила американская компания Apptronik из штата Техас. Основанная в 2016 году сотрудниками лаборатории Human Centered Robotics Lab Техасского университета в Остине, Apptronik за время своего существования уже успела поработать над десятком проектов. Среди них, например, человекоподобный робот Valkyrie, созданный по заказу NASA, а также телеоперационный робот Astra. Прототип человекоподобного робота, разработку которого недавно анонсировала компания, получил название Apollo. Его высота составляет 173 сантиметра. При собственной массе 73 килограмм Apollo может поднимать грузы до 25 килограмм, что, для сравнения, больше грузоподъемности робота Optimus на 25 процентов. Одного заряда батареи хватает на четыре часа работы Apollo. При этом батарею можно быстро заменить на новую без длительного перерыва на зарядку. Также при необходимости Apollo может работать от электросети. https://www.youtube.com/watch?v=uJOA5IDaL5g Робот имеет модульную конструкцию — его верхняя часть может быть установлена на колесную платформу или на неподвижную опору, если нет необходимости в передвижениях робота. Для коммуникации с человеком на лицевой части головы Apollo есть светодиодная подсветка вокруг глаз-видеокамер и индикатор на основе технологии электронных чернил, на котором кроме рта, изображающего эмоции, может отображаться текстовая и графическая информация. Для этой же цели на груди робота расположен большой информационный OLED-дисплей. В ближайшей перспективе основным предназначением Apollo станет работа на складах и в производственных помещениях, где он будет переносить и сортировать грузы. Однако в дальнейшем с развитием аппаратного и программного обеспечения платформы Apollo, которую в Apptronik планируют сделать доступной для сторонних разработчиков, будут расти и возможности робота. В компании считают, что в будущем робот найдет применение и в других сферах, например, в строительстве, нефтегазовой отрасли, производстве электроники, торговле, курьерской доставке, уходе за пожилыми людьми и пациентами, которым требуется реабилитация. На данный момент представлена ранняя альфа-версия. Серийный Apollo компания планирует выпустить в 2024 году, а старт продаж можно ожидать не ранее 2025 года. Основное предназначение робота Digit от компании Agility Robotics также связано с переноской грузов на складах. Его отличительной особенность стала конструкция ног, колени которых выгнуты в обратную сторону. Недавно компания представила обновленную версию Digit, у которой появилась голова и манипуляторы на руках.