マンチェスター大学とオーストラリア国立大学（ANU）の研究者らは、夜間の月の裏側の極寒の状態に匹敵する極低温でデータを保存できる新しいタイプの分子を開発した。ネイチャー誌に掲載された研究結果によると、将来のデータ保存装置は切手ほどの大きさで、現在の最先端技術より最大100倍多くの情報を保持できる可能性があるという。
オーストラリア国立大学とマンチェスター大学の化学者らが開発した新しい分子は、現在の技術の100倍のデジタルデータを保存できる切手サイズの次世代ハードウェアへの道を開く可能性がある。画像クレジット: ジェイミー・キッドソン/オーストラリア国立大学
「研究チームが開発した新しい単分子磁石は、月面の夜間に相当する摂氏約マイナス173度に相当する100ケルビンまでの温度で磁気記憶を保持できる」と、共同筆頭著者であるオーストラリア国立大学化学研究学部のニコラス・チルトン教授は述べた。
これは、これまでの記録である80ケルビン（約-193℃）を大幅に上回るものです。これが実現すれば、これらの分子は極めて小さな空間に大量の情報を保存できるようになります。
ピンク・フロイドの『狂気』は1973年にリリースされました。それ以来、テクノロジーは大きく進歩し、今ではSpotifyやTikTokといった新しいデジタルメディアを通して音楽を聴くことができます。
この新しい分子は、1平方センチメートルあたり約3TBのデータを格納できる新しい技術を生み出す可能性があります。これは、Dark Side of the MoonアルバムのCD約4万枚を切手サイズのハードドライブに圧縮するのと同等、またはTikTokビデオ約50万本に相当する。
インターネットの利用が拡大し、コンテンツのストリーミング、ソーシャル メディアの利用、クラウドへのデータのアップロードを行う人が増えるにつれ、大量のデジタル情報を処理できる高度な情報技術システムに対する需要が急速に高まっています。
オーストラリア国立大学のニコラス・チルトン教授（写真）は、この新しい単分子磁石が高温でもデータを保持できる鍵は、希土類元素のジスプロシウムが2つの窒素原子の間に位置しているという独特の構造にあると語った。画像クレジット: ジェイミー・キッドソン/オーストラリア国立大学
磁性材料は伝統的にデータストレージの中心であり、現在のハードドライブは、多数の原子で構成された小さな領域の磁化を利用して情報をまとめて保持しています。
対照的に、単分子磁石は単一の分子内にデータを保存できるため、隣接する原子が不要になり、大幅に高いストレージ密度を実現できます。しかし、動作に必要な極度に低い温度が常に課題となっていました。
「標準的な冷蔵庫や室温で作業できるようになるまではまだ遠いが、グーグルのような大規模データセンターであれば、100ケルビン（約-173℃）でデータを保管することは可能だ」と研究の共同筆頭著者であるマンチェスター大学のデビッド・ミルズ教授は語った。 「新しい磁石は室温よりはるかに低い温度まで冷却する必要がありますが、液体窒素（容易に入手できる冷却剤）の温度である77ケルビン（約-196℃）をはるかに上回る温度まで冷却できます。そのため、このタイプのデータストレージが携帯電話に搭載されるのは当分先になるでしょうが、大規模データセンターにおける情報保存はより現実的になります。」
オーストラリア国立大学のニコラス・チルトン教授（写真）は、科学者たちは世界的な需要に応えるために膨大な量のデータを保存・処理する新しい技術を開発していると語った。
この新しいタイプの磁石の成功の鍵は、そのユニークな構造にあります。希土類元素のジスプロシウムが 2 つの窒素原子の間に位置しているのです。 3つの原子はほぼ一直線に並んでおり、この構造は磁気特性を向上させると予想されていたが、今回初めて実現された。
通常、ジスプロシウムが 2 つの窒素原子と結合すると、より湾曲した形状や不規則な形状の分子を形成する傾向があります。研究者らは、この新しい分子に、分子のステープルのような働きをしてジスプロシウムに結合し、その構造を固定するアルケンと呼ばれる化学基を加えた。
「ANUでは、量子力学の基本方程式のみを使用して分子の磁気的挙動をモデル化する新しい理論的アプローチを開発しました。これにより、この特定の分子磁石が以前の設計と比較して非常に優れた性能を発揮する理由を説明できるようになりました」とチルトン教授は述べた。
「私たちは、オーストラリア国立大学の国立コンピューティング インフラストラクチャと西オーストラリアの Pawsey スーパーコンピューティング研究センターの膨大なコンピューティング リソース (多数の GPU アクセラレーション コンピューティング ノードを含む) を活用して、この分子材料内の電子スピンの時間依存性をシミュレートすることでこれを実現しました。
これにより、中心部分に原子が直線状に配列されたこの新しい分子が、なぜこのような高温でも磁気メモリを発揮できるのかを説明できます。この分子は今後、より高温でもデータを保持できる、より高度な分子磁石の設計を導く青写真として役立つだろう。
『狂気』が公開されてから50年以上が経ち、技術は飛躍的に進歩しました。今後半世紀でテクノロジーがどのように発展していくのかを見るのは楽しみです。