Mokslo ir technologijų pasaulis

Įprastiniuose standžiuosiuose diskuose (angl. hard disk drive, HDD) informacija magnetiškai įrašoma į besisukančias plokšteles, nuo kurių paviršių ši vėliau nuskaitoma jutikliais. Judančios tokių diskų dalys reiškia, jog išauga mechaninių gedimų tikimybė, be to, tai tuo pačiu apriboja ir įrenginio veikimo spartą.

Gerokai spartesnis pasirinkimas yra vadinamieji puslaidininkiniai diskai (angl. solid-state drive, SSD), kuriuose neaptiksime jokių besisukančių dalių, o duomenys čia saugomi mažyčių elektrinių krūvių pavidalu. Daugelis naujausių nešiojamųjų kompiuterių, išmaniųjų telefonų, skaitmeninių kamerų bei kitų įrenginių naudoja būtent šią technologiją, dar vadinamą „flash“ atmintimi. Vis dėlto, nors puslaidininkiniai diskai yra ženkliai spartesni, jų patikimo veikimo trukmė yra žymiai mažesnė, be to, kaina vis dar smarkiai kandžiojasi. Tiesą sakant, net ir įvertinus išaugusią jų spartą tenka pripažinti, kad diskas kompiuterinėje sistemoje ir toliau atlieka stabdymo funkciją, mat tarp kitų kompiuterio dalių informacija perduodama akivaizdžiai greičiau.

Žmonijos poreikis saugoti duomenis auga neįtikėtinu tempu. Apytikris įvertinimas rodo, jog šiuo metu pasaulyje saugoma apie 2.7 zetabaito (2.7²¹ baitų) duomenų, tad nesunku apskaičiuoti, kad vienam iš 7 milijardų Žemės gyventojų tenka apie 400 gigabaitų informacijos. Tam, kad ją būtų galima panaudoti efektyviai, reikia turėti spartų ir patikimą prieigos prie jos būdą. Deja, visi šiuolaikiniai informacijos prieigos metodai yra gerokai per lėti.

Puslaidininkinio tipo diskas, kuriame informacija būtų saugoma magnetiniu pavidalu – kur kas efektyvesnis pasirinkimas. IBM kompanija kaip tik dirba ties nauja technologija, vadinama trekine atmintimi (angl. racetrack memory). Jos pagrindas yra mažyčių nanovielučių, šimtus kartų plonesnių už žmogaus plauką, rinkiniai. Duomenys, magnetiškai užkoduojami išilgai vielutės kaip vienetukų ir nuliukų eilutės, gali būti perduodami kur kas sparčiau lyginant su įprastiniais standžiaisiais diskais. Tačiau nepaisant to, pagrindinis iššūkis yra sugalvoti, kaip priversti duomenis „judėti“ nanovielutėmis, kad šie tuo pačiu būtų paveikti jutiklių, nuskaitančių ir įrašančių informaciją. Tam galima pasitelkti magnetinius laukus arba elektros srovę, bet tokiu atveju nepavyktų išvengti šiluminių nuostolių, sumažinsiančių disko energetinį efektyvumą ir prietaiso baterijos veikimo trukmę.

Laimei, yra ir kitokių būdų, kaip priversti judėti magnetinius duomenis. Mokslininkų komanda iš Šefildo ir Lidso universitetų (Jungtinė Karalystė) naujausiame žurnalo „Applied Physics Letters“ numeryje pateikia teorinius trekinės atminties modeliavimo rezultatus, kurie atskleidžia, jog vienas iš efektyviausių metodų – pasitelkti į pagalbą garso bangas.

Savo darbe tyrėjai nagrinėja virpesiams jautrias magnetines nanovielutes, patalpintas ant pjezoelektrinių medžiagų sluoksnių, kurie išsitempia juos paveikus elektriniu lauku. Kuomet elektrinis laukas kinta sparčiai, prasideda vibracijos, sukuriančios tam tikras garso bangas, vadinamas paviršinėmis akustinėmis bangomis.

Taikydami tokį metodą, minėtųjų universitetų mokslininkai sukūrė dvi garso bangas: viena iš jų nanovielutėmis judėjo pirmyn, o kita – atgal. Šios bangos, veikdamos kartu, suformuoja tolygiai pasiskirsčiusias stipriai vibruojančias nanovielutės sritis, kurias atskiria visiškai nevibruojančios sritys. Tyrimas rodo, kad magnetiniai duomenų bitai yra pritraukiami ir išlaikomi stipriai virpančiose nanovielutės dalyse. Jeigu garso bangų aukštis yra pakeičiamas taip, kad vienos iš jų tonas tampa aukštesnis už kitą, tuomet virpančiosios sritys ima judėti nanovielute kartu su savimi tempdamos ir duomenis – būtent taip, kaip būtina efektyviam trekinės atminties funkcionavimui. Sukeitus garso bangų tonus vietomis, duomenys pajuda priešinga kryptimi. Kitaip tariant, vien garso bangų visiškai pakanka, kad duomenys galėtų keliauti abiem kryptimis.

Šiuo metu tyrimai atskleidžia, jog informacija perduodama maždaug 160 km/h greičiu. Tai išties neblogas skaičius, tačiau mokslininkai siekia bent 10 kartų geresnio rezultato. Vis dėlto tyrėjus labiausia žavi unikalios paviršinių akustinių bangų savybės. Kadangi jos egzistuoja tiktai medžiagos paviršiuje, patiriami energijos nuostoliai yra maži ir tai leidžia joms nukeliauti kelis centimetrus – milžinišką atstumą nanovielučių pasaulyje. Turint omenyje tai, kad nanovielutės yra itin mažos, vienos poros bangų užtektų visam jų tuntui paveikti. Be abejo, kartu būtų paveikti ir juose užkoduoti duomenys. Tai labai energetiškai efektyvus metodas sparčiai perduoti didelį duomenų kiekį.

Nors dar laukia daugybė klausimų, į kuriuos reikia atsakyti, norint sužinoti, ar naujoji technologija yra kaip tik tai, ko reikia trekinei atminčiai, šie pirmieji sėkmingi bandymai yra mažų mažiausiai įkvepiantys. Dabar mokslininkai siekia sukonstruoti realų eksperimentinį prototipą, leisiantį patikrinti teorinius rezultatus.