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原子一つに1ビットのメモリ···USBメモリ一つに映画50万本記録可能に

IBS、ホルミウム原子の磁気変化でデジタル信号を記録


韓国の研究チームが物質の基本単位である原子一つに1ビットのデジタル信号を書き込むことに成功した。この技術を利用すればUSBメモリ1つに映画約50万本を記録できるようになる見通し。

IBS(基礎科学研究院、キムドゥチョル院長)は同研究院量子ナノ科学研究団のAndreas Heinrich団長研究チームがホルミウム(Ho)の原子一つに1ビットを安定的に書き込み読み取ることに成功したと3月9日に発表した。

ホルミウム原子は原子番号67番の希土類元素で磁気モーメントが元素全体の中で最も大きい。医療用レーザーや分光器の波長補正用に使われている。

現在商用化されているメモリーは1ビットにつき約10万個の原子が必要になる。事実上これより小さい記録単位は理論的に不可能。研究チームは米国IBMアルマデン研究所の走査トンネリング顕微鏡(Scanning Tunneling Microscope)を用いて研究を進めた。走査トンネリング顕微鏡の操作で酸化マグネシウム(MgO)基板の表面に置かれたホルミウムの原子は上(up)と下(down)の方向のうちいずれか一つのスピンをもつ。

この二つの電流の大きさが違うことから走査トンネリング顕微鏡で電流を測定して原子のスピンを読み取ることができる。もし走査トンネリング顕微鏡の探針でホルミウムの原子に電圧パルスを加えるとホルミウムの原子のスピンが反対に変わる。

研究チームはまたホルミウムの原子の横に鉄の原子を置いてホルミウムのスピンを読む一種の遠隔センサーとして活用した。ホルミウムが作る磁場は鉄の原子を反対方向へ磁化させる。この際に鉄の原子の電子スピン共鳴を測定すればホルミウム原子のスピンを容易に感知できる。

単一の原子の電子スピン共鳴の測定は研究チーム独自の技術。原子が作る磁場を感知してデジタル信号を読み込む方法で現在商用化されているハードディスクが情報を読む原理と類似している。

研究チームは二つのホルミウム原子で4種類の電子スピン共鳴信号を区別して読み込むことにも成功した。ホルミウム原子は1nm程度の間隔で密集していても互いに影響を与えなかった。それだけ原子を隙間なく配列することができ記録密度を革新的に高めることが可能になる。

研究に当たったAndreas Heinrich団長は「ホルミウムの原子が近接していてもスピンにほとんど影響を与えない事が分かった。その理由を突き止めてより高い温度で再現することが次の目標。2種類のスピンの状態が共存する量子制御が可能になれば量子コンピューティングのためのキュービットを作ることができるだろう」と述べた。

研究結果は『Nature』電子版に3月9日付で掲載された。






[2017-03-13]

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