Вечная память

Как ни печально, ценой прогресса в области записи информации часто становится сокращение времени хранения данных. Тем отраднее новость об идее, обещающей сохранить информацию на миллиард лет.

Все мечтают, чтобы компьютерная память была быстрой, ёмкой, надежной и дешёвой. Беда в том, что сочетать эти противоречивые требования невозможно. Вот и конкурируют между собой разные устройства для хранения информации: винчестеры, оптические накопители, флэшки... Каждое со своим набором преимуществ и недостатков. А уж перспективных методов хранения информации, которые из тиши научных лабораторий громко обещают скорую революцию, и вовсе не счесть.

Популярность флэш-памяти подчеркнула тенденцию миниатюризации и отказа от движущихся механических частей. Обещания нанотехнологов впечатляют. Но не всё так просто.

Чем меньше размеры ячейки памяти, тем сильнее её содержимое страдает от различных шумов и принципиально неустранимых тепловых флуктуаций. И даже не важно, как именно записана информация. Будь это намагниченность поверхности блина винчестера или заряд в ячейке флэшки - они все равно разрушаются. И как ни печально, ценой прогресса в этой области часто становится сокращение времени хранения данных.

Шумерская клинопись имеет плотность записи порядка нескольких бит на квадратный дюйм, зато её можно прочитать спустя несколько тысячелетий. Информация, записанная отдельными атомами с помощью иголки сканирующего туннельного микроскопа, имеет плотность около ста терабит на квадратный дюйм. Но уже через считанные пикосекунды восстановить её будет невозможно. Исследования показали, что среднее время жизни современных носителей с плотностью записи 10–100 гигабит на квадратный дюйм составляет одно-три десятилетия, следствием чего становятся досадные потери информации в различных библиотечных и архивных проектах. Обыватели об этом редко задумываются. Но как неприятно обнаружить, что DVD-диск с фотографиями уже не читается, тогда как снимки в бабушкином альбоме хоть и выцвели, но вполне разборчивы. А попробуйте сегодня найти устройство для считывания перфокарт, которые были в ходу какую-то четверть века назад...

К сожалению, разработчики большинства новых способов записи информации считают, что несколько десятилетий - достаточный срок. Тем отраднее новость, пришедшая из Калифорнийского университета в Беркли: тамошние физики выдвинули идею, которая обещает сохранить информацию в течение миллиарда лет!

Новая ячейка памяти состоит из многослойной углеродной нанотрубки длиной несколько сотен нанометров с железной пробкой внутри. Такие трубки научились изготавливать путем пиролиза ферроцена в аргоне при температуре тысяча градусов Цельсия. Затем нанотрубку закрепляют между двумя электродами, герметично запаивая с концов, и ячейка "вечной" памяти готова.

Информация в ячейке кодируется расположением железной пробки. Ее можно передвигать внутри нанотрубки за счет электромиграции атомов железа, которые движутся навстречу току. Этот эффект хорошо известен и доставляет массу хлопот разработчикам чипов. Пробка начинает двигаться при напряжении на концах трубки чуть больше полутора вольт, а при напряжении 1,75 вольта скорость достигает полутора микрон в секунду. Для наноустройств этого вполне достаточно. Импульс длительностью двадцать наносекунд с амплитудой два вольта передвигает пробку на три нанометра, что позволяет точно управлять её положением. Электрическое сопротивление нанотрубки зависит от положения пробки. Поэтому информация считывается импульсами низкого напряжения, которые не могут сдвинуть пробку.

Если одна нанотрубка будет хранить только один бит, плотность записи составит терабит на квадратный дюйм. Это примерно в пять раз больше, чем у современных винчестеров. Но плотность записи можно увеличить ещё на два порядка, если научиться надежно считывать положение пробки в трубке, которое может принимать до сотни дискретных значений. К сожалению, механизм изменения сопротивления у трубки с пробкой пока не очень понятен.

Впрочем, и известные способы записи информации не сдаются. Например, ученые из Суинбернского технологического университета в Австралии предложили добавить к обычному оптическому диску ещё пару "измерений" - длину волны и поляризацию света. Для этого в пластик носителя нужно внедрить золотые наностержни различного размера и ориентации. В таких структурах, при их освещении светом с подходящей длиной волны и поляризацией, возбуждаются продольные поверхностные плазмоны - коллективные колебания электромагнитного поля и электронов проводимости стержня. И только в случае плазмонного резонанса стержень начинает активно поглощать свет и плавиться, превращаясь в круглую золотую каплю. Размеры стержня определяют поглощаемую длину волны, а ориентация - поляризацию света. Так в одно и то же место диска можно записать сразу несколько бит, повысив плотность записи более чем на порядок. Информация считывается лазером малой мощности, поскольку золотые нанокапли, в отличие от стержней, слабо поглощают свет. К сожалению, для плавления стержней нужен сложный фемтосекундный лазер, что отодвигает распространение этой технологии минимум на десять-пятнадцать лет.

Из еженедельника "Компьютерра" № 21 (785)