Химики нашли способ упаковать терабайты данных в одну молекулу

Ученые из Манчестерского университета совместно с Австралийским национальным университетом (ANU) разработали одномолекулярный магнит, способный сохранять магнитную информацию при температуре до −173 °C — это самая высокая температура, когда-либо зарегистрированная для таких материалов. Это открытие, опубликованное в журнале Nature, обещает революцию в технологиях хранения данных, позволяя создавать сверхкомпактные носители информации.

В чем разница между обычными накопителям?

Современные жесткие диски хранят данные, намагничивая области, состоящие из множества атомов. Одномолекулярные магниты (SMM) могут хранить информацию на уровне одной молекулы, не требуя взаимодействия с соседними атомами. Технология открывает путь к созданию носителей данных с невероятной плотностью — до 3 терабайт на квадратный сантиметр.

Это эквивалентно 500 000 видео Shorts на диске размером с почтовую марку. Такой прорыв может сделать дата-центры, подобные тем, что используют Google, компактнее и энергоэффективнее.

Ключевая проблема SMM заключалась в необходимости экстремально низких температур (обычно около −269 °C, температуры жидкого гелия). Новый магнит работает при −173 °C — это выше температуры жидкого азота (−196 °C), доступного и дешевого хладагента. Это делает технологию более практичной для крупных дата-центров, хотя для бытовых устройств, таких как смартфоны, она пока недоступна.

«Это исследование демонстрирует способность химиков намеренно проектировать молекулы с целевыми свойствами. Результаты — захватывающая перспектива для носителей данных, в 100 раз плотнее современных технологий», — отметил профессор неорганической химии Манчестерского университета Дэвид Миллс.

Как это работает?

Одномолекулярный магнит — это металлоорганическое соединение, обладающее магнитной гистерезисом, то есть способностью «запоминать» магнитное поле после его выключения. Это свойство, называемое магнитной памятью, необходимо для хранения данных. В основе нового магнита — атом диспрозия (редкоземельный металл), расположенный между двумя атомами азота в почти прямолинейной конфигурации. Обычно диспрозий с двумя атомами азота формирует нестабильные, изогнутые структуры, что снижает магнитные свойства.

Ученые решили эту проблему, добавив химическую группу — алкен (органическое соединение с двойной углеродной связью), который действует как «молекулярный штифт», фиксируя структуру и усиливая магнитные свойства.

Температура в −173 °C — новый рекорд, превосходящий предыдущий  −193 °C. Это стало возможным благодаря уникальной структуре молекулы и точной теоретической модели, разработанной в ANU. Модель, основанная на квантовой механике, объясняет, почему молекула сохраняет магнитную память при более высоких температурах.

«Хотя мы не увидим такое хранение данных в мобильных телефонах в ближайшее время, это делает его более реальным для крупных дата-центров и не требует специальных лабораторий», — добавил профессор Миллс.

Ученые планируют использовать результаты как основу для создания молекул, работающих при еще более высоких температурах — возможно, даже при температуре жидкого азота. Это может открыть путь к квантовым компьютерам и сверхплотным носителям данных, кардинально изменив технологии хранения информации.