Data kan lagres med enkelte atomer
Ved at flytte rundt på atomer har forskere forvandlet et atomtyndt lag af klor til et datalager. Hukommelsen har så høj datatæthed, at indholdet af alverdens bøger kan lagres på en chip på størrelse med et frimærke.
Atomart datalager

Dette er det datalager, hvor hollandske forskere opbevarede en del af en berømt forelæsning om nanoteknologi. Med bogstaver står der skrevet, hvad hukommelsen indeholder. (Illustration: TU Delft)

Dette er det datalager, hvor hollandske forskere opbevarede en del af en berømt forelæsning om nanoteknologi. Med bogstaver står der skrevet, hvad hukommelsen indeholder. (Illustration: TU Delft)

Mængden af data, der skal lagres, stiger eksponentielt. Heldigvis følger harddiske og hukommelseschips med, så stadig mere data kan opbevares på den samme plads.

Nu har et hold forskere fra det tekniske universitet i den hollandske by Delft (TU Delft) vist, hvor tæt det faktisk kan lade sig gøre at opbevare data. De har fundet en metode til at lagre information ved at flytte rundt på enkelte atomer, fremgår det af en videnskabelig artikel i tidsskriftet Nature Nanotechnology.

Indtil videre er det dog kun lykkedes at lagre en enkelt kilobyte på denne måde, men det er også noget af en bedrift, lyder det fra professor Mads Brandbyge fra Institut for Mikro- og Nanoteknologi på Danmarks Tekniske Universitet (DTU Nanotech):

»Det er en flot demonstration – et smukt eksempel.«

Alle bøger på et frimærke

Forskerne har opnået en datatæthed på 0,778 bit per kvadratnanometer, svarende til 502 terabit på en kvadrattomme. Det er cirka 500 gange så meget data, som de bedste nuværende harddiske kan rumme.

IBM viste vejen

Forskere fra det amerikanske firma IBM var de første, der viste, hvordan det var muligt at arrangere enkelte atomer ved hjælp af et scanning-tunnelmikroskop.

IBM med atomer

Det skete i 1989, hvor 35 xenon-atomer blev brugt til at skrive bogstaverne IBM.

Med sådan en datatæthed kunne indholdet af alle bøgerne i verdens største biblioteker, British Library i Storbritannien eller The Library of Congress i USA, i princippet rummes i en terning med en sidelængde på 0,1 millimeter. Alle bøger, der nogensinde har eksisteret, ville ikke fylde mere end et frimærke.

»Det er et fint eksempel på realiseringen af Feynmans vision og viser perspektiverne for atomar datalagring,« lyder det fra Mads Brandbyge med henvisning til en berømt forelæsning med titlen 'There's Plenty of Room at the Bottom', som den geniale fysiker Richard holdt i december 1959.

Her forudsagde han netop fremkomsten af nanoteknologi, hvor det blev muligt at manipulere med enkelte atomer.

Huller i atomlag repræsenterer data

Det hollandske forskerhold, der fik hjælp af forskere fra Spanien og Portugal, har da også brugt teknologien til at lagre en del af Feynmans forelæsning i det lille datalager på 1.016 bytes, som de har fremstillet ved at forsyne et lille stykke kobber med et atomtyndt lag af klor og så flytte rundt på de enkelte kloratomer.

Forskerne sørgede for, at der ikke var kloratomer nok til fuldstændig at dække kobberet, så der kom huller i det atomtynde lag. Placeringen af disse huller kunne så bestemme, om hver bit skulle have værdien 0 eller 1.

Et e skrevet med atomer

Placeringen af huller i et lag af kloratomer bestemte værdien af bit og bytes. Her ses det, hvordan et e repræsenteres af atomer (blå firkanter) og huller (sorte firkanter). (Illustration: TU Delft)

Ved hjælp af et særligt mikroskop, kaldet et scanning-tunnelmikroskop, kunne forskere ikke blot se de enkelte atomer. De kunne også flytte rundt på dem ét ad gangen. Dermed flyttede de også rundt på hullernes placering og ændrede værdien af hver enkelt bit, som de havde lyst.

På 96 x 126 nanometer – milliontedele af en millimeter – fik forskerne plads til 127 datablokke, hver med 64 bit. En byte på otte bit er nok til at gemme information, der repræsenterer et bogstav, så i hver blok kan der lagres otte bogstaver.

For langsomt og for dyrt

Superkompakt, atomar dataopbevaring lyder lovende, men der er nok af udfordringer, der skal tages fra på, hvis datalageret skal kunne bruges til noget i praksis. Det er svært at forestille sig teknikken brugt i fremtidens harddisk.

Det fungerer nemlig kun ved temperaturer under minus 196 grader celsius - og kun i et vakuum. Desuden er læse/skrive-hastigheden ikke just imponerende – det tager et minut eller to at aflæse hver blok på 64 bit, mens det tager cirka 10 minutter at ændre informationen i en blok.

»I sin nuværende form kan hukommelsen kun fungere i et meget rent vakuum og ved temperaturen af flydende kvælstof, så der er stadig et stykke vej til praktisk datalagring på det atomare plan. Men gennem denne præstation er vi helt sikkert kommet et stort skridt nærmere,« skriver lederen af forskningsholdet Sander Otte i en pressemeddelelse fra TU Delft.

Mads Brandbyge fra DTU falder da heller ikke just bagover af begejstring for det nye resultat:

»Det er ikke noget, der bliver til teknologi foreløbig. Det er lidt for specielt. Det kræver for eksempel en særlig kobberkrystal, der er meget dyr at fremstille, og det er svært at identificere tilstrækkelig store, perfekte områder til datalagring. Det og den lave skrivehastighed gør det svært at se teknologi baseret på ideen. Men måske kommer der noget lignende, som fungerer bedre.«

Det tekniske universitet i Delft fortæller her om det kompakte datalager. (Video: TU Delft)

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcasts herunder. Du kan også findes os i din podcast-app under navnet 'Videnskab.dk Podcast'.

Videnskabsbilleder

Se de flotteste forskningsfotos på vores Instagram-profil, og læs om det betagende billede af nordlys taget over Limfjorden her.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's videojournalister med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.

Hej! Vi vil gerne fortælle dig lidt om os selv

Nu hvor du er nået helt herned på vores hjemmeside, er det vist på tide, at vi introducerer os.

Vi hedder Videnskab.dk, kom til verden i 2008 og er siden vokset til at blive Danmarks største videnskabsmedie med omkring en million brugere om måneden.

Vores uafhængige redaktion leverer dagligt gratis forskningsnyheder og andet prisvindende indhold, der med solidt afsæt i videnskabens verden forsøger at give dig aha-oplevelser og væbne dig mod misinformation.

Vores journalister fortæller historier om både kultur, astronomi, sundhed, klima, filosofi og al anden god videnskab indimellem - i form af artikler, podcasts, YouTube-videoer og indhold på sociale medier.

Vi stiller meget høje krav til, hvordan vi finder og laver vores historier. Vi har lavet et manifest med gode råd til at finde troværdig information, og vi modtog i 2021 en fornem pris for vores guide til god, kritisk videnskabsjournalistik.

Vores redaktion gør en dyd ud af at få uafhængige forskere til at bedømme betydningen af nye studier, og alle interviewede forskere citat- og faktatjekker vores artikler før publicering.

Hvis du går rundt og undrer dig over stort eller småt, vil vi elske at høre fra dig og forsøge at give dig svar med forskernes hjælp. Send bare dit spørgsmål til vores brevkasse Spørg Videnskaben.

Vi håber, at du vil følge med i forskningens forunderlige opdagelser her på Videnskab.dk.

Få et af vores gratis nyhedsbreve sendt til din indbakke. Du kan også følge os på sociale medier: Facebook, Twitter, Instagram, YouTube eller LinkedIn.

Med venlig hilsen

Videnskab.dk