【ナノ】1ビットをわずか12個の原子で記録：「世界最小の磁気記憶素子」　反強磁性鉄原子のスピン偏極トンネル効果を利用

1ビットをわずか12個の原子で記録：「世界最小の磁気記憶素子」

米IBM社の研究者らが、1ビット分のデータをわずか12個の原子に記録できる技術を
開発した。一般的な記憶装置の場合1ビットにつき原子が80万個は必要であり、
12個の原子から記録装置を作成すれば現在のディスクよりはるかに小さなサイズに
なる。画像と動画で紹介。

http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=hpKMShooDBo
http://wired.jp/wp-content/uploads/2012/01/image1.jpg
12個の原子が8セット並んでいる。他のでっぱりは関係のないキセノンの原子。Image: IBM

米IBM社は1月12日（米国時間）、12個の原子の表面に1ビット分のデータを記録する
技術を開発したと発表した。世界最小の磁気記憶装置を作ることが可能になる技術だ。

物理学者はこれまで、磁気記憶素子をどこまで小さくすると量子力学の法則が優勢に
なり、データを確実に記録することができなくなるかについてはっきりわかっていなかった。
例えば、並べる原子の数を8個にした場合、安定的な磁性状態を保つことがまったくでき
なくなると、今回の発見に関わったIBM社の研究者アンドレアス・ハインリッヒは説明する。

「そのようなシステムでは、あるひとつの状態から別の状態への変化が、データ記憶装置と
は言えないほど短い間に、そしてまったく自然発生的に、次々と発生する。変化の回数は
1秒あたり1000回に達するかもしれない」

もう1つの問題は、隣接するデータのビットが互いに干渉しないようにする方法だ。現在の
ハードディスクは、強磁性構造として知られる構造にデータを記録している。その原理は、
方位磁針や冷蔵庫用マグネットと同じで、大量の原子がすべて同じ磁場方向を向く形
で存在している。

だが、IBM社が開発した12個の原子から成るデータ記録装置は反強磁性構造を採用
しており、隣接する原子が互いに反対の方向に向いている。これは原子が互いに干渉
しないようにするためであり、一度にわずか12個の原子でデータを記録するには重要な
特性となる。

「強磁性体では、原子が一緒になって大きなスピンが発生し、その大きなスピンが隣の
大きなスピンと相互に作用する。その結果、原子を個々に制御することができなくなる。
反強磁性では大きなスピンは発生しないので、原子を密接させることができる」とハイン
リッヒ氏は説明する。

12個の原子から記録装置を作成すれば、現在のディスクよりはるかに小さなサイズになる。
ハインリッヒ氏と親交があり、ハードディスク・メーカーの日立製作所に務める技術者らの
推測では、同社の記憶装置の場合、1ビットにつき原子が80万個は必要になるという。

ただし、この新しい記憶装置が動作する温度は1ケルビン（摂氏マイナス272.15度）だ。
これを常温で動作するようにした場合、1ビットにつき約150個の原子が必要になるとハイン
リッヒ氏は考えている。

なお、ハインリッヒ氏は研究に走査型トンネル顕微鏡（STM）を使用した。これはIBM社の
研究者らが30年前に考案したもので、原子レベルの観測が可能だ。[STM等を使った
「原子操作」の数十年にわたる歴史を紹介した日本語版ギャラリー記事はこちら]
http://wired.jp/wv/gallery/2009/10/14/%E5%8E%9F%E5%AD%90%E6%93%8D%E4%BD%9C%E3%81%AE20%E5%B9%B4%EF%BC%9A%E7%94%BB%E5%83%8F%E3%82%AE%E3%83%A3%E3%83%A9%E3%83%AA%E3%83%BC/
TEXT BY Robert McMillan　TRANSLATION BY ガリレオ -佐藤 卓/合原弘子
WIRED日本語版　2012年1月13日
http://wired.jp/2012/01/13/1%E3%83%93%E3%83%83%E3%83%88%E3%82%92%E3%82%8F%E3%81%9A%E3%81%8B12%E5%80%8B%E3%81%AE%E5%8E%9F%E5%AD%90%E3%81%A7%E8%A8%98%E9%8C%B2%EF%BC%9A%E3%80%8C%E4%B8%96%E7%95%8C%E6%9C%80%E5%B0%8F%E3%81%AE/
IBM Research Determines Atomic Limits of Magnetic Memory
http://www-03.ibm.com/press/us/en/pressrelease/36473.wss
Bistability in Atomic-Scale Antiferromagnets
Sebastian Loth, Susanne Baumann, Christopher P. Lutz, . M. Eigler, and Andreas J. Heinrich
Science 13 January 2012: Vol. 335 no. 6065 pp. 196-199 DOI: 10.1126/science.1214131
http://www.sciencemag.org/content/335/6065/196.abstract
>>2辺りに続く

関連ニュース
【技術】IBMの最終兵器　磁気ナノワイヤの磁区を電子スピン注入で動かす「レーストラック・メモリ」が登場―IEDM 2011レポート
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1324231773/
【計算】IBM、最大100PF、2GF/Wの演算性能を実現可能なスパコン「Blue Gene/Q」を発表　2012年にLLNLで最大20PFのシステムが稼働予定
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1321679233/
【未来】IBMが恒例の5つの未来予測の2011年版を発表！「コンピューターが人の心を読む」「スパムメールの有用化」など
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1324697616/

1Kには住みたくない

>>3
１K乙

3Kで動くようにして、宇宙に置いとけばいい

なるほど

>>3
「汚い」「苦しい」「厳しい」か？

＞１から、生物のDNAの機構の素晴らしさを再確認。
必要な時だけほどき、転写し再生。
しかも、DNAの周りを回転しながら3次元的に転写・再生だもんな

動作原理は理解できるが、個々の記憶媒体でそのように原子配置することが可能なのか？

1bitなら1個でいいだろ。あるかないかだ。

いつかは常温で使えるようになるの？
それとも冷やして使う入れ物を作る方が簡単なの？

スピン偏極トンネル効果ってなに？
エロイ人教えて。

これを使った新規格ディスクの単位はエクサくらい行きそうだな

>>10
は？

２チャンて情報遅いね。スパコン世界一の日本

ちょっとした衝撃や経年劣化でクラッシュしてしまいそうだな

8個で駄目で12個でOKになった理由はなんだろう
何かのマジックナンバーで安定でもするのかな
それとも数増やして量子効果を減らして実用できる限界なのか

半減期≒製品寿命

常温で150個でもツオイね

>>17
エネルギーバンドだろ、周囲との。
だから、超低温での記録12個で、常温だと160個

1ペタバイトのUSBが出来るってことか

メモリをペルチェではさんだようなメモリーがでるのかな？
そうしたら廃熱も凄いからメモリにもファンをつけると。

これも
省国売り物語の一つの流れだろうか。

1000ＴSD百円時代の到来か！！

ハインリッヒという名前が、いかにも物理学者ぽいな

イッヒイヒイヒと言えば樹木希林と郷ひろみなわけだが

ん？
それよりHDD安くしてくれよ

無、以外は有限且つ無限。
人が知りうる時空的ミクロ・マクロは巨大な輪の中の1/∞(≒0)に過ぎない。

ペニスがかゆい

>>1
>摂氏マイナス272.15度

ということは、マイナス1000度や2000度まで下げれば、もっと少ない原子の数でOKってことか。

>>30
ボケるにしても、せめて面白いこと言おうよ。

目指せ4平方プランク長！

>>28
オカルトは要らないよ

墓石が墓石たる理由
無碍に扱うと祟る理由
そろそろ分かるんじゃ？

これ、12原子を直列に配置したから1ビットしか記憶できない、4原子なら
平面上の2軸の方向に磁化でき、その示す方向で2ビットを記憶できるはず、
さらに8原子の立体なら、3次元空間の方向から3ビットが記憶できるはず。

>>35
センサーが動ける空間が無きゃ意味が無いよ。
トンネル効果なんだからセンサーと対象資料との距離開けられない。

>>27
夏までには去年の値段に戻ると思われます

>>1

今のメモリースティクだけでも俺より頭イイのに・・・ORZ

＞ただし、この新しい記憶装置が動作する温度は1ケルビン（摂氏マイナス272.15度）だ。
これを常温で動作するようにした場合、1ビットにつき約150個の原子が必要になるとハイン
リッヒ氏は考えている。

こうゆう熱的なゆらぎをクリアすんのは至難
２０年前日本でもフォトケミカルホールバーニングってのを開発してたが
全く同じ理由でポシャった歴史がある。
オレらが生きてるうちは日の目見ないどうでもいい技術

そろそろ素粒子レベル記録になるの?

素人考えだと一般的な記憶装置で80万個の原子が必要とされるなら
常温動作の1ビット150個の方が大分実用性高そうに思えるな
それ以前にもうすでに原子何万個程度の単位に迫ってるのかすげー

将来原子1個で無限の重ね合わせの記憶と計算ができるようになったら
人々は知るだろう。自我の正体を。

>>40
ないない

>>39
600Kくらいに耐える原子準備しておけば常温では問題ないんじゃない
10^3のオーダーになっても(今の所は)HDDより少なくて済むんだし
あと、火事に備えて2000K対応ってのも有りかな

>>10
そっか、これからのハードディスクは書き込み続けると容量に比例して
質量も増えるようになるのか、胸熱だな

この記憶をはやく６才の女の子に移したいよー
わくわく

>>42
どうせ状態を取り出すのに無限の時間がかかるんだろ。

>>33
ならばPCもオカルトのはしりだな。
情報のことを言ってるんだから。

　量子的な揺らぎは科学でもどうしようもないんだっけ

凄いことは凄いけど安定性考えたらどうなんだろう
Xe使ってるとはいえ長期保存や情報の出し入れ読み込みをそんな少ない原子の数で保てるのかな

>>17
四個が１ユニットで
おそらく偶数ユニットではピン留めされない。
１ユニットでは隣接ユニットとの相互作用のが
大きくなってしまうから最小ユニット数は３個。

すげーけど、読み書きの速度はどうなのさ？

アデニンC5H5N5 （十五原子）
グアニンC5H5N5O （十六原子）
チミンC5H6N2O2 （十五原子）
シトシンC4H5N3O （十三原子）

という四種類が並ぶなら、それぞれは二ビットを担うはずだから、
ＤＮＡの場合は平均して一ビットあたり七原子半ということになる。

150個で作れるなら作れば良いじゃんって思うが

しかしこれ、寿命とか気になるなあ
結局エラー訂正の保険をかけないと厳しくないか

原子一個に全部を記録しろ。

DNA記録って可能だろうか

合成は出来るけど
読み出しが難しそうだな

ディアスポラに素粒子レベルの記憶素子が出てくるけどROMだったな。
RAMはそこまでの記録密度は要らないでしょ。

>>56 現に生物内では可能だがＳＴＭ、ＡＦＭ系の技術での研究もイロイロ試行錯誤中
ただ安定性が確保できない。

難し過ぎて理解出来ない。

読み書きの並列化も高いレベルで行わないと頭でっかちになる悪寒

xの値、0か1。
xが0の時だけyが0(無)
1の時はyが無限大かつ見かけ上有限となる関数、いくつか思い浮かばないか。
そのどれかが宇宙の本質だと思うが。

それを考えれば、コンピューターというのは、正に哲学の産物だと
思うわ。

>>56
DNAは記憶装置
簡単にNOTで読み出せるよ

ROMじゃあねえ

これって積層可能なのか？
出来ないならあまり大容量化には向いていないんじゃね？

原子を約150万個で1bit記録するSSDなら、一万層積層すれば元が取れる。

問題は読み書きの速さとコストだな

>>1
8×12で96個だけど正方格子なのか。
右側２つはズレて見えるけど。

写真だけみてると
○●が１ユニットに見えるね。

そうだとすると
○●
●○
で４個ってのは間違いなのかな。


どれか１原子に書き込みすると
へんてこなオセロみたいに
二列だけがバタバタと
ひっくり返るんだろうか？

>>66
ベースが０か１かわかんないけど
あるなら１ないなら０だろ
そういう風に操作するだけで間に演算子突っこむような
挙動はしない

む 原子に記憶できるならその原子の記憶を読む事も可能なんだろうな

>12個の原子から記録装置を作成すれば現在のディスクよりはるかに小さなサイズに
なる。

つまり1ミリくらいのディスクをピンセットでつまんでセットする時代が来るのか・・・
そしてくしゃみして部屋の中で行方不明のエロ動画が・・・

大容量にすればいいだろw

>>69
服に仕込めるようになる

>>67
反強磁性のスピンをどの単位のまとまりで
操作できるかって話じゃないの？

あるか無いかでいくと
１原子からやれるでしょｗ
しかも演算子って？

>>71
カーチャンが洗濯してエロデータ全消し時代到来ですね

2.5インチ100ペタバイトのハードディスクが売られるワケですね。

書き換え可能な極小電子タグができるね
紙幣や硬貨に刷り込んで一元管理できる

これでサーバーサイズでEBまでは可能そうだけどZBとかはまだ無理だな

幾ら記録密度を上げても、書き込みドライバや読み出しアンプが記憶素子に比べて
超巨大なのであんまり小さくできない。それに、記憶素子が小さいので読み出し
のエネルギーも小さい。即ち読み出しの回路が半導体で作れるかどうか、、、
いまのままでは実験室から持ち出せない大きさでしょうね。

原子そろばん作ればいいんじゃね？

原子80万個→原子150個　いやまあ多く見て安全性も保つとして原子300個としよう。
これだけで、密度は5万倍圧縮できる。

今までのHDDの大きさのを維持した状態で記録装置を作成すると
単純計算で1TBのHDDが5万倍つまり
50000TBのHDDの完成。
50PBって書いたほうがわかりやすいかな。

このくらいの容量があれば当面何も困りそうにないね。
音楽データを圧縮せずにCDのままでも
700MBのデータを約7000万枚保存することが可能。
まず、7000万枚も持ってるやつはいないだろうし。
もってても1000枚がいいところでしょ。

まあ、いずれにしてもこれからは情報がさらに加速する時代になりそうだね。

3年後くらいには1TBのHDDが1万円もしたのか（笑）
とか言われて1PB1万円で普通になってそうだね。

まあ、昔も1TBのことを　1テラワロスとか言ってたからな。

>>13
ヨッタはいく

>>40
セシウムで記録します

>>42
フォーマット時間も無限ですから

>>55
中国人なら得意だと思う

>>66
読み間違ってた。
１次元構造が1ビットみたいなので

�@列→○●○●○●○●○●○●
�A列→●○●○●○●○●○●○

から

�@列→○●○●○●○●○●○●
�A列→○●○●○●○●○●○●


に書き換えできたってことか。
これで8列までしか並べられないのかな？

>>74
6番組100年分全録できるな

>>79
8k4kが控えてることお忘れなく

>>69
脳に埋め込むから無くさない

>>68
つまりヒトの脳みそにある忘れてた過去の記憶を読み出せることになるのか

>>84
のも間違い。

>>1の動画みたらやっと理解できた。

動画では
　�@列→×●○
　�A列→○●×
が最小ユニットに見えるけど、
これも多分おかしいと思う。

　�@列→ ●○
　�A列→○●

たぶんこっちだと思う。
やっぱり一個ひっくり返すと全部ひっくり返るようだ。

熱ノイズがある場所では、やっぱり現在の技術から大きくは進歩できないってことか？