Senda inn spurningu
Sólin Sólin Rís 05:19 • sest 21:35 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 25:18 • Sest 04:56 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 07:07 • Síðdegis: 19:24 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 01:08 • Síðdegis: 13:14 í Reykjavík
Visit the English version

Flokkun:

Náttúruvísindi og verkfræði Eðlisfræði: í daglegu lífi

Er hægt að "skrifa" á kristalla líkt og harða diska?

Viðar Guðmundsson

Athugum aðeins harða diska áður en spurningunni er svarað. Á stærðarkvarða les- og skrifhaussins hefur harður diskur í tölvu slétt yfirborð. Yfirborðið er fjölkristallur, það er ekki einn samfelldur kristallur með einsleitinni grind heldur eins og mörgum kristöllum með mismunandi grindarstefnur hafi verið þjappað saman. Smáu kristallarnir eru úr seglandi efni og mynda svo kölluð segulóðul, svæði þar sem seglunin eða segulsviðið hafa sömu stefnu. Hvert þessara svæða inniheldur fjölda sameinda eða atóma. Þegar skrifað er á diskinn er seglun lítils svæðis breytt.

Með miklum rannsóknum hefur eðlisfræðingum og verkfræðingum í rafeindaiðnaði tekist að smækka það svæði sem þarf fyrir hvert tákn sem er skrifað. Hafa verður í huga að við þurfum efni sem skrifhausinn getur umseglað en er samt nógu stöðugt til þess að geyma upplýsingar í verulegan tíma. Þetta hefur tekist vonum framar síðustu áratugina og enn er búist við stórstígum framförum. Diskur með rúm fyrir nokkur terabæti (1 Tb=1000 Gb=1.000.000 Mb) verður kominn á markað fljótlega.

Nú hefur mönnum fyrir löngu síðan dottið í hug að skrifa mætti inn í þrívíðan kristall þannig að eitt atóm eða sameind gæti geymt eitt tákn. Slíkt minni hefur ekki verið sett saman enn því að á því eru verulegir tæknilegir erfiðleikar. Hversu stöðugt er slíkt minni, eða hve löng er meðalævi eins tákns? Það fer eftir því hvernig ástandi atóms er breytt. Er rafeind færð milli orkuástanda eða er spuna rafeindar eða kjarna snúið við? Hvernig hefur umhverfið áhrif á atómið eftir að ástandi þess hefur verið breytt?

Eðlisfræðingar í eðlisfræði þéttefnis eru einmitt að rannsaka þessa hluti um þessar mundir. Ein ástæðan fyrir þeim áhuga er einmitt sú að tölvuminni verði búið til á þennan hátt en einnig sjá menn fyrir sér notkun í svokölluðum skammtatölvum. Eins og er verður ekki annað sagt en að feikilega erfið vandamál séu óleyst. Síðan er ekki einfalt mál að skrifa með nákvæmni í slíkt minni og enn erfiðara að lesa úr því.

En við skyldum ekki örvænta. Fyrir einni öld voru kvikmyndir rétt að hefja göngu sína og hvað hefðu menn þá sagt um þær ferðatölvur sem við þekkjum núna? Með þeim er hægt að horfa á kvikmyndir með hljóði og lit og reikna á sama tíma út seguleiginleika kristalla eða árekstur tveggja svarthola.

Við skulum heldur ekki gleyma því að við notum kísilminniseiningar, sem geta geymt allt að einu gígabæti, sem vinnsluminni í tölvur, myndavélar og MP-spilara. Þessi minni eru kísilkristallar sem smárar og örrásir hafa verið mótaðar í. Þessi minni munu eflast en samkeppnin er mjög hörð við smáa harða diska, sem geta núna verið á stærð við tíkall og geymt 2 gígabæti. Hér er einnig tíminn sem þarf til skriftar eða lesturs mjög mikilvægur.

Áður en við skrifum beint inn í þrívíða kristalla er líklegt að einhvers konar örkristallar nanótækninnar, kristallar örfárra atóma sem raðað er á ódýran hátt upp á yfirborð milljörðum saman, muni koma við sögu.

Í raun er mjög erfitt að segja nokkuð fyrir um þróun tölvutækninnar. Gerðar hafa verið áætlanir fyrir næstu 15 árin um þróun örgjörva, minnis og diska. Til þess að láta þær rætast þarf að margfalda rannsóknir á þessum sviðum. Enginn hefur nokkra hugmynd um hvað tekur við að þessum tíma liðnum en víst er að þær lausnir finnast aðeins með samstilltu átaki eðlisfræðinga, efnafræðinga og verkfræðinga, unga fólksins sem er að hefja nám í þessum spennandi greinum núna. Stærsta vandamál rafeindaiðnarins um þessar mundir er að finna nóg af vel hæfum vísindamönnum til rannsókna.



Myndir: Smithsonian Gem & Mineral Collection

Höfundur

Viðar Guðmundsson

Viðar Guðmundsson

prófessor í eðlisfræði við HÍ

Útgáfudagur

10.5.2001

Spyrjandi

Valberg Már Öfjörð

Efnisorð

Tilvísun

Viðar Guðmundsson. „Er hægt að "skrifa" á kristalla líkt og harða diska?“ Vísindavefurinn, 10. maí 2001. Sótt 25. apríl 2024. http://visindavefur.is/svar.php?id=1585.

Viðar Guðmundsson. (2001, 10. maí). Er hægt að "skrifa" á kristalla líkt og harða diska? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=1585

Viðar Guðmundsson. „Er hægt að "skrifa" á kristalla líkt og harða diska?“ Vísindavefurinn. 10. maí. 2001. Vefsíða. 25. apr. 2024. <http://visindavefur.is/svar.php?id=1585>.

Chicago | APA | MLA

Þessi síða notar vafrakökur Nánari upplýsingar

Ég samþykki
Spyrja

Sendu inn spurningu LeiðbeiningarTil baka

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Senda grein til vinar

=

Er hægt að "skrifa" á kristalla líkt og harða diska?
Athugum aðeins harða diska áður en spurningunni er svarað. Á stærðarkvarða les- og skrifhaussins hefur harður diskur í tölvu slétt yfirborð. Yfirborðið er fjölkristallur, það er ekki einn samfelldur kristallur með einsleitinni grind heldur eins og mörgum kristöllum með mismunandi grindarstefnur hafi verið þjappað saman. Smáu kristallarnir eru úr seglandi efni og mynda svo kölluð segulóðul, svæði þar sem seglunin eða segulsviðið hafa sömu stefnu. Hvert þessara svæða inniheldur fjölda sameinda eða atóma. Þegar skrifað er á diskinn er seglun lítils svæðis breytt.

Með miklum rannsóknum hefur eðlisfræðingum og verkfræðingum í rafeindaiðnaði tekist að smækka það svæði sem þarf fyrir hvert tákn sem er skrifað. Hafa verður í huga að við þurfum efni sem skrifhausinn getur umseglað en er samt nógu stöðugt til þess að geyma upplýsingar í verulegan tíma. Þetta hefur tekist vonum framar síðustu áratugina og enn er búist við stórstígum framförum. Diskur með rúm fyrir nokkur terabæti (1 Tb=1000 Gb=1.000.000 Mb) verður kominn á markað fljótlega.

Nú hefur mönnum fyrir löngu síðan dottið í hug að skrifa mætti inn í þrívíðan kristall þannig að eitt atóm eða sameind gæti geymt eitt tákn. Slíkt minni hefur ekki verið sett saman enn því að á því eru verulegir tæknilegir erfiðleikar. Hversu stöðugt er slíkt minni, eða hve löng er meðalævi eins tákns? Það fer eftir því hvernig ástandi atóms er breytt. Er rafeind færð milli orkuástanda eða er spuna rafeindar eða kjarna snúið við? Hvernig hefur umhverfið áhrif á atómið eftir að ástandi þess hefur verið breytt?

Eðlisfræðingar í eðlisfræði þéttefnis eru einmitt að rannsaka þessa hluti um þessar mundir. Ein ástæðan fyrir þeim áhuga er einmitt sú að tölvuminni verði búið til á þennan hátt en einnig sjá menn fyrir sér notkun í svokölluðum skammtatölvum. Eins og er verður ekki annað sagt en að feikilega erfið vandamál séu óleyst. Síðan er ekki einfalt mál að skrifa með nákvæmni í slíkt minni og enn erfiðara að lesa úr því.

En við skyldum ekki örvænta. Fyrir einni öld voru kvikmyndir rétt að hefja göngu sína og hvað hefðu menn þá sagt um þær ferðatölvur sem við þekkjum núna? Með þeim er hægt að horfa á kvikmyndir með hljóði og lit og reikna á sama tíma út seguleiginleika kristalla eða árekstur tveggja svarthola.

Við skulum heldur ekki gleyma því að við notum kísilminniseiningar, sem geta geymt allt að einu gígabæti, sem vinnsluminni í tölvur, myndavélar og MP-spilara. Þessi minni eru kísilkristallar sem smárar og örrásir hafa verið mótaðar í. Þessi minni munu eflast en samkeppnin er mjög hörð við smáa harða diska, sem geta núna verið á stærð við tíkall og geymt 2 gígabæti. Hér er einnig tíminn sem þarf til skriftar eða lesturs mjög mikilvægur.

Áður en við skrifum beint inn í þrívíða kristalla er líklegt að einhvers konar örkristallar nanótækninnar, kristallar örfárra atóma sem raðað er á ódýran hátt upp á yfirborð milljörðum saman, muni koma við sögu.

Í raun er mjög erfitt að segja nokkuð fyrir um þróun tölvutækninnar. Gerðar hafa verið áætlanir fyrir næstu 15 árin um þróun örgjörva, minnis og diska. Til þess að láta þær rætast þarf að margfalda rannsóknir á þessum sviðum. Enginn hefur nokkra hugmynd um hvað tekur við að þessum tíma liðnum en víst er að þær lausnir finnast aðeins með samstilltu átaki eðlisfræðinga, efnafræðinga og verkfræðinga, unga fólksins sem er að hefja nám í þessum spennandi greinum núna. Stærsta vandamál rafeindaiðnarins um þessar mundir er að finna nóg af vel hæfum vísindamönnum til rannsókna.



Myndir: Smithsonian Gem & Mineral Collection...