Учёные из Австралийского национального университета (ANU) и Манчестерского университета синтезировали новую молекулу, способную вести себя как магнит при температуре до 100 К (−173°C). Это рекорд для одиночных молекулярных магнитов — предыдущий максимум составлял 80 К (−193°C). Повышение рабочей температуры значительно приближает подобные решения к реальному использованию, так как охлаждение до 100 К можно обеспечить жидким азотом, что гораздо дешевле и проще, чем использование жидкого гелия.
Молекула содержит ион редкоземельного металла диспрозия, зажатый между двумя атомами азота. Такая структура позволяет стабилизировать магнитное состояние молекулы и удерживать его при сравнительно высоких температурах. Считается, что именно симметричное расположение атомов и высокая степень осевой анизотропии (направленной зависимости свойств) обеспечивают её устойчивость.
Для моделирования поведения этой молекулы на уровне квантовых спинов использовались суперкомпьютеры Австралийского национального университета и центра Pawsey. Учёные просчитывали, как будет вести себя спиновое состояние и как оно сохраняется при разных температурах. Полученные результаты показали, что при 100 К молекула сохраняет информацию в течение времени, достаточного для регистрации и считывания.
Впечатляющей оказалась и потенциальная плотность хранения информации: расчёты показывают, что теоретически с помощью таких молекул можно достичь объёма до 3 ТБ на квадратный сантиметр. Это примерно в 100 раз превышает плотность современных жёстких дисков. По словам авторов, устройство размером с почтовую марку могло бы содержать десятки тысяч музыкальных альбомов или сотни тысяч коротких видеороликов.
Технология одиночных молекулярных магнитов давно рассматривается как перспективное направление для создания сверхкомпактной памяти. Однако до сих пор подобные структуры работали только при температурах ниже −193°C, что делало их малопригодными для практического применения. Достижение устойчивости при −173°C уже позволяет говорить о технологической реализуемости с существующими охлаждающими системами.
По мнению одного из руководителей проекта, профессора Николаса Чилтона, новая молекула — это «чертёж» будущих решений, которые смогут работать при ещё более высоких температурах, возможно, даже при комнатной. Следующие шаги — повышение стабильности таких структур, их масштабирование и интеграция в существующие микросхемы памяти.
Созданная молекула представляет собой важный этап на пути к созданию магнитной памяти на уровне отдельных молекул. Если в ближайшие годы удастся повысить рабочую температуру хотя бы до −100°C, то такие материалы смогут использоваться в реальных вычислительных системах и кардинально изменить архитектуру хранения данных.