التوليف والتركيب الجزيئي لمركب الجزيئات [Dy (Cp ttt ) 2 ] [B (C 6 F 5 ) 4 ] مع الديسبروسيوم (Dy)طور العلماء في جامعة مانشستر طريقة تخزين البيانات التي يمكن أن تحقق كثافة معلومات تبلغ حوالي 100 مرة أعلى من استخدام التقنيات الحالية. أي أنه يمكن تخزين حوالي 25 تيرابايت من المعلومات في جهاز بحجم يصل إلى حوالي خمسة روبل.
تتضمن الطريقة تخزين البيانات في مغناطيس جزيء واحد مع ذرات الديسبروسيوم ، والتي أظهرت أثناء التجربة
التباطؤ المغناطيسي ، وتأثير ذاكرة ، مثل تأثير المغناطيس الفرموني في مغناطيس دائم وعلى سطح محركات الأقراص الصلبة.
يظهر التباطؤ في الجزيئات ذات ذرات الديسبروسيوم عند أعلى درجة حرارة تم تحقيقها حتى الآن - عند 60 كلفن ، أي −213 درجة مئوية. هذه تجربة مفاهيمية مصممة لإثبات جدوى الطريقة. يقترح العلماء أن إنشاء أنظمة تجارية باستخدام هذه التكنولوجيا سيكون ممكنًا في المستقبل القريب تحت شرط "التصميم الجزيئي الحكيم".
إمكانات التخزين الجزيئي للبيانات هائلة. تسمح هذه التقنية بكثافة معلومات تبلغ 200 تيرابايت لكل بوصة مربعة ، وهو ما لم يتم إثباته عن كثب من خلال أي من التقنيات الحالية.
يقول الدكتور نيكولاس شيلتون من
كلية الكيمياء بجامعة مانشستر: "هذا مثير للاهتمام للغاية لأن التباطؤ المغناطيسي في الجزيئات الفردية ينطوي على القدرة على تخزين البيانات الثنائية". - يمكن أن يؤدي استخدام الجزيئات الفردية لتخزين البيانات إلى زيادة كثافة البيانات نظريًا بمقدار 100 مرة مقارنة بالتقنيات الموجودة. هنا نقترب من درجة حرارة النيتروجين السائل. وهذا يعني أن تخزين البيانات في الجزيئات الفردية أصبح أكثر جدوى من الناحية الاقتصادية ".
يعد تأثير الذاكرة المغناطيسية متطلبًا ضروريًا لأي نظام لتخزين البيانات على الوسائط المغناطيسية. على الرغم من أن درجة حرارة 13213 درجة مئوية تبدو منخفضة جدًا للاستخدام العملي للتكنولوجيا ، إلا أنها في الواقع درجة حرارة عمل. بالفعل في أنظمة التبريد في مراكز البيانات ، يتم استخدام الهيليوم السائل بدرجة حرارة −269 درجة مئوية. ودرجة حرارة التشغيل العالية نسبيا للنظام الجديد ، إذا تم رفعها أكثر قليلاً ، ستسمح باستخدام النيتروجين السائل أرخص (−196 درجة مئوية). في الواقع ، تم تحديد هذا الهدف من قبل مؤلفي العمل العلمي. ينوون زيادة درجة حرارة تشغيل النظام ، بشكل مثالي فوق درجة حرارة النيتروجين السائل.
لقد مر ما يقرب من 25 عامًا منذ اكتشاف مغناطيس جزيء واحد ، ولكن خلال هذا الوقت كان الفيزيائيون قادرين على زيادة درجة حرارة التباطؤ من 4 كلفن إلى 14 كلفن بسرعة اكتساح المجال المغناطيسي حوالي 20 أورستس في الثانية. لوحظت درجات حرارة أعلى فقط بسرعات اكتساح أعلى للمجال المغناطيسي (على سبيل المثال ، 30 كلفن عند 200 Oe / s). لذا فإن الاكتشاف الحالي لـ 60 التباطؤ عند 22 Oe / s هو إنجاز مهم للغاية ، وهو اختراق حقيقي في مغناطيس الجزيء الواحد.
استخدم الباحثون في عملهم اللانثينيد المسمى
ديسبروسيوم ، وبالتحديد مجمع الجزيئات [Dy (Cp
ttt )
2 ] [B (C
6 F
5 )
4 ] ، حيث Cp
ttt = {C
5 H
2 t Bu
3 -1،2 و 4} و
t Bu = C (CH
3 )
3
التباطؤ المغناطيسي (يسار) وديناميكيات الاسترخاء (يمين)اللانثينيدات هي معادن ذات أرقام ذرية من 57 إلى 71 ، أي من اللانثانم إلى اللوتيتيوم. تستخدم هذه المعادن الأرضية النادرة اليوم على نطاق واسع في الصناعة ، في إنتاج الأجهزة الإلكترونية المختلفة مثل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة.
الديسبروسيوم هو عنصر كيميائي برقم 66. لا يوجد في الطبيعة في شكله النقي ، ولكنه جزء من بعض المعادن ، على سبيل المثال ، xenotime. يتم استخراجها مع اللانثينيدات الأخرى ، وتقع واحدة من أكبر الودائع في العالم في شبه جزيرة كولا في روسيا. لا يزال الديسبروسيوم يستخدم في إنتاج مغناطيسات شديدة التحمل ، وكذلك في الطاقة النووية ، والإلكترونيات ، والمعادن ، والليزر الطبي ، والمحفِّزات ، وأيضًا كمادة قوية للتأثير المغناطيسي ، أي تغيير أبعاده الخطية أثناء انعكاس المغنطة.
أظهرت المادة خصائص التباطؤ بطريقة جعلت العلماء استنتاجين: أولاً ، هذه الخصائص فريدة من نوعها للديسبروسيوم ، وثانيًا ، يجب ملاحظة التباطؤ عند درجات حرارة أعلى ، بما في ذلك فوق درجة حرارة النيتروجين السائل. سيكون هذا موضوع البحث المستقبلي.
تعني الزيادة بمقدار 100 ضعف في كثافة المعلومات لمحركات الأقراص أن أجهزة التخزين ستصبح أكثر إحكاما وستستهلك طاقة أقل. سيستفيد أصحاب مراكز البيانات أكثر من ذلك. على سبيل المثال ، يعمل 2.5 مليون خادم في 15 مركز بيانات Google (
اعتبارًا من 2016 ).
تستهلك مراكز البيانات كمية كبيرة من الكهرباء. وفقا لعلماء البيئة ، يمكن أن تصل حصتهم إلى 2 ٪ من إجمالي استهلاك الطاقة العالمي. ربما تكون هذه أرقام مبالغ فيها قليلاً ، ولكن على أي حال ، فإن أي تقنية موفرة للطاقة لمراكز البيانات ستفيد ليس فقط أصحاب مراكز البيانات ، ولكن إيكولوجيا البيئة بأكملها.
نُشر المقال العلمي في 23 أغسطس 2017 في مجلة
Nature (doi: 10.1038 / nature23447).