Digitalni zapis ispisan atomima
a mene bit nije nikakva apstrakcija. Slučaj je htio da sam svoj radni vijek počeo kao jedan od rijetkih kemičara koji su se u to doba služili računalom. Sedamdesetih su godina kompjutori bili veliki poput ormara, monitora nije bilo, pa se podaci i naredbe nisu unosile izravno tipkovnicnom (on line) nego su kompjutori svoje “elektronske mozgove”“hranili” brojkama i slovima (ASCII kod) ispisanima na bušenim karticama: svaka je rupa na kartici označavala jedinicu (1), a neizbušeno mjesto ništicu (0). Jedan stupac u kartici, koji je imao osam redaka, odgovarao je jednom bajtu. Gustoća zapisa bila je – da i to pokušam izračunati – oko 0,8 bajta ili 6 bita po kvadratnom centimetru.
Vremena su se dakako promijenila. Prvo su došle magnetske vrpce, potom magnetski i laserski diskovi, poluvodičke memorije, integrirani krugovi (čipovi).
No unatoč sveopćem napretku računalne tehnologije ostao je binarni sustav, a isto tako i podjela memorije na bitove i bajtove. Što se pak teorije tiče, treba reći kako se svaki digitalni zapis i onda i danas temeljio na bistabilu. To znači da mora postojati nositelj informacije koji može poprimiti dva stabilna stanja. Teži se naravno tome da bistabili budu što manji i da ne “zabušavaju”. Dok se na bušenoj kartici rupa nije mogla pretvoriti u neizbušeno mjesto, u radnoj memoriji kompjutora, kao i na magnetskom disku jedinice se lako pretvaraju u nule i nule u jedinice.
No gdje su granice sićušnosti digitalnog zapisa? Očito na razini atoma. Takav je zapis nedavno objavila međunarodna skupina istraživača u časopisu Nature Nanotechnology od 18. srpnja ove godine. Riječ je o pisanju digitalnog zapisa na kristalnu plohu bakra. U visokom vakuumu nanijeli su (pri 300 oC) sublimacijom jednomolekularni sloj bakrova(II) klorida. Pritom su u rupe na kristalnoj plohi bakra legli atomi klora, tako da je svaki atom klora bio okružen s četiri atoma bakra. No to nije sve. Neka su mjesta na kristalnoj plohi ostala nezauzeta. Ta su mjesta pretvorena u najmanje jedinice digitalnog zapisa.
Memorija je organizirana tako da se nezauzeto mjesto na kristalnoj plohi čita ili kao jedinica ili kao nula ovisno o njezinom položaju. Budući da bitovi moraju biti odjeljeni, za spremanje jednog bita treba šest mjesta na kristalnoj plohi. Kako su kristalne ćelije velike jedva 0,36 nm, za spremanje jednog bita treba rezervirati površinu od 0,78 nm2. Nije potom teško izračunati da svaki bajt zauzima površinu od 6,2 nm2. Drugim riječima teorijska gustoća zapisa iznosi čak 502 terabita ili 63 terabajta po kvadratnom inču.
Čitanje “teksta” s kristalne plohe nije jednostavno, jer za to treba odrediti položaj svakog atoma pretražnim mikroskopom s tuneliranjem (scanning tunneling microscope, STM). Taj uređaj radi tako što mjeri struju između površine i oštrog vrha što klizi preko nje. Dodatna je teškoća što digitalni zapis treba držati na temperaturi od 77 K da se atomi klora ne bi uslijed termičkog gibanja pomicali sa svojih mjesta. No zapis se može mijenjati (rewritable atomic memory) puštanjem slabašne električne struje (1μA, 500 mV) kroz nezauzetu “rupu” na kristalnoj plohi, opet s pomoću STM. U tom slučaju susjedni atom klora biva privučen, pa njegovo mjesto ostaje prazno. Rezultat je, naravno, promjena jedinice u nulu, ili nule u jedinicu.
Najbolji rezultat koji su znanstvenici postigli je ispisivanje rečenice iz jednog Feynmanovog predavanja. Zapis ima 1.016 bajta, a zaprema površinu od 96 x 126 nm, dakle stomilijunti dio kvadratnog milimetra. No da sve ne bude sjajno, treba reći da je od 144 funkcionalnih blokova samo 127 ispravno ispisano, dok je drugih 17 “zabrljano”.
Najbolji rezultat koji su znanstvenici postigli je ispisivanje rečenice iz jednog Feynmanovog predavanja. Zapis ima 1.016 bajta, a zaprema površinu od 96 x 126 nm, dakle stomilijunti dio kvadratnog milimetra. No da sve ne bude sjajno, treba reći da je od 144 funkcionalnih blokova samo 127 ispravno ispisano, dok je drugih 17 “zabrljano”.
