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단일 분자 수준의 데이터 저장

단일 분자 수준의 데이터 저장

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현재의 저장 매체 기술의 소형화는 양자 역학의 근본적인 한계에 직면하고 있다. 새로운 접근법은 소위 스핀-크로스 오버 (spin-crossover) 분자를 가능한 최소의 저장 장치로 사용하는 것이다. 일반 하드 드라이브와 마찬가지로이 특수 분자는 자기 상태를 통해 정보를 저장할 수 있다.

지난 몇 년 동안 저장 매체의 구성 요소가 점점 작아졌다. 그러나 현재 기술의 더 작은 크기로 향한 기술 개발은 양자 역학의 근본적인 한계에 의해 방해를 받고 있다. 새로운 접근법은 소위 스핀-크로스 오버 분자를 가능한 최소의 저장 장치로 사용하는 것이다. 일반 하드 드라이브와 마찬가지로이 특수 분자는 자기 상태를 통해 정보를 저장할 수 있다. 이를 위해서는 표면에 배치해야 하는데, 이는 정보를 저장하는 능력을 손상시키지 않아야 한다.

키엘 대학 (Kiel University)의 한 연구팀은 새로운 종류의 스핀 크로스 오버 분자를 표면에 성공적으로 배치할 수 있을 뿐만 아니라 이전에는 분자의 저장 용량을 향상시키는데 방해가 되는 것으로 간주되었던 상호 작용을 사용했다. 따라서 기존의 하드 드라이브의 저장 밀도는 이론적으로 100 배 이상 증가할 수 있으며 데이터 캐리어는 상당히 작게 만들 수 있다. 과학자들은 그들의 연구 결과를 과학 저널인 Nano Letters에 발표했다.

스위치가 켜지거나 꺼져 있는 지의 두 가지 가능성의 차이점은 컴퓨터가 저장할 수 있는 가장 작은 정보이다. 가장 작은 전자 저장 장치인 비트 ('2 진'과 '숫자'로 구성된 단어)는 하드 드라이브에 저장된 모든 정보의 기본 구성 요소이다. 그것들은 0과 1 같은 2 개의 서로 다른 기호의 시퀀스, 즉 이진 코드로 표현된다. 지난 몇 년 동안 정보 저장 용량이 증가하면서 저장 매체는 점점 작아졌다. 하드 드라이브의 한 비트는 이제 약 10 x 10 나노 미터의 공간만 필요하다. 그러나 구성 요소를 소형화하기에는 아직 너무 크다.

현재 하드 드라이브에 데이터를 저장하는데 사용되는 기술은 Bit의 크기로 인해 양자 역학의 근본적인 한계에 도달해 있다. 오늘날의 관점에서 볼 때 더 작아 질 수는 없다. 연구팀은 미래에 더 많은 저장 공간을 가진 더 작은 하드 드라이브를 가능하게 할 수 있는 원칙을 입증하기 위해 Bit를 인코딩하는데 사용할 수 있는 단일 분자를 사용했다. 연구팀의 분자는 크기가 1 나노 미터에 불과하다. 이것 만으로도 요즘 요구되는 것보다 100 배나 더 작은 영역에서 인코딩될 수 있다. 이것은 저장 기술에서 양자 물리의 한계를 변화시키는 또 다른 단계일 것이다.

연구팀이 사용하는 분자는 두 가지 다른 자기 상태를 가정할 수 있지만 특수 표면에 부착되면 표면과의 연결을 변경할 수도 있다. 그런 다음 높은 자성 상태와 낮은 자성 상태 사이를 전환할 수 있으며 45도 회전할 수 있다. 저장 기술로 이전할 때 우리는 0, 1 및 2 인 세 가지 상태에 대한 정보를 나타낼 수 있다. 저장 유닛으로서, 비트가 아니라, 트릿을 가질 것이다. 이는 이진 코드는 삼중 코드가 되는 것이다.

화학자와 물리학의 연구자들에게는 적절한 분자와 적당한 표면을 찾는 것과 동시에 이들이 작동할 수 있는 방식으로 두 가지를 연결하는 올바른 방법을 사용하는 것이었다. 자기 분자, 소위 스핀 크로스 오버 분자는 매우 민감하고 쉽게 손상된다. 연구팀은 스위칭 능력에 영향을 주지 않으면서 표면에 단단히 부착시키는 방법을 찾아야 했다.

연구팀은 특별한 종류의 자기 분자 (소위 Fe (III) 스핀 크로스 오버 분자)를 합성했으며, 이 분자를 증발을 통해 질화 구리 표면에 증착할 수 있었다. 전기를 사용하면 서로 다른 스핀 상태 사이에서 전환할 수도 있고, 두 개의 다른 방향 (소위 로우 스핀 상태) 사이에서 전환할 수도 있었다. 주사 터널링 현미경 (STM)의 미세 팁은 실험에서 하드 드라이브의 읽기 및 쓰기 헤드 역할을 했다. 이 장비는 분자가 저장 매체로 "기록"될 뿐만 아니라 전기를 사용하여 "판독"될 수 있게 했다.

이러한 분자가 산업 수준에서 데이터 저장 장치로 사용될 수 있기 전에 추가 조사가 계속되어야 한다. 사실, 원리의 증명은 다소 볼륨이 큰 설정 (STM)을 사용하여 시연되며 작은 칩에 이러한 분자 메모리를 통합하기 위한 추가 작업이 필요하다.

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