ナノテクノロジーが将来データストレージをどのように変えることができるか

2018年11月1日 - マイケル・ヌンチック (Michael Nuncic)

新しいミレニアムが始まって以来、ナノテクノロジーはメディア業界とテクノロジー業界の両方で熱い話題となっています。この期間にわたって、ナノテクノロジーが正確に何を達成できたか、そして将来、何を達成できるかについて多くの議論がありました。たとえば、ナノテクノロジーには人間の寿命を延ばす能力があると信じている人もいれば、今やっていることを強化されたレベルで行うのに役立つツールにすぎないと考える人もいます。

これらのナノテクノロジーの進歩の時間枠に関しても意見の相違があります。10年から20年で私たちの生活に重要な役割を果たすと考える人もいれば、実際の効果をもたらすにはかなり長い時間がかかると考える人もいます。

ナノテクノロジーを中心にさまざまな意見や議論が交わされている中、私たちはこの興味深いテーマをより深く調べ、次の質問に焦点を当てることにいたしました...

  • ナノテクノロジーとはどういうものなのでしょうか、またナノテクノロジーは、データストレージの将来にとってどのような役割をするのでしょうか。

 

ナノテクノロジーとはどういうものなのでしょうか

ナノテクノロジーは、 90年代後半に作成されたトレンドワードであり、簡単に言うと、ナノメートルのスケールで材料を作成するテクノロジーのことを指します。 ナノメートルがどれほど小さいかを知るには、人間の髪の毛の幅に合わせるために、100ナノメートルの粒子を800並べる必要があります。

従来の材料がナノサイズの粒子として形成されると、それらの特性が変化します。これは、ナノ粒子は一般に、大きな粒子よりも重量あたりの表面積がはるかに大きく、反応性が高くなるためです。

ナノテクノロジーはすでに多くの分野で頻繁に使用されております。たとえば、車は特殊なナノバインダーで塗装されており、車体に水や雨が流れて錆びないようになっております。ハイドロキシアパタイトのナノ粒子は、歯の表面の小さな傷を修復する目的で、練り歯磨き粉の製造に使用されております。

 

データストレージにおけるナノテクノロジー

ますます小さなデバイスを使用する傾向は新しいものではありません。70年代と80年代のトレンドワードは「マイクロ」でしたが、今日は「ナノ」です。

多くの人が気付いていないのは、コンピューター技術におけるナノテクの使用が何年も前から存在しているということです。今日のコンピュータやカメラで使用されているフラッシュベースのメモリチップは、わずか数ナノメートルの厚さの絶縁酸化物層で覆われた半導体材料で構成されています。フラッシュストレージメディアへのデータの保存と削除は、量子力学の現象とこのナノテクノロジーを使用することによってのみ可能です。

 

ナノテクノロジーはデータストレージに何をもたらすのでしょうか

フラッシュベースのメモリチップ、USBおよびSSDカードの利点は、ナノメートルの障壁を超えてサイズを縮小しなければ実現できませんでした。

しかし、ここ近年のビッグデータの増加により、使用されるストレージスペースを最小限に抑え、より少ないスペースでより多くのデータを保存できるようにする他の方法が考え出されました。また、大量のデータを作成する企業が増えるにつれ、データストレージの分野で研究が続けられ、そのほとんどはナノテクノロジーを使用しています。

 

未来:原子を使ったデータの保存

最近、可能な限り最小のコンポーネントである原子にデータを直接格納できることが研究で発表されました。この新しい現象は、塩素原子を使用したデルフト工科大学の物理学者であるサンダー・オッテ博士によって発見されました。

オッテ博士は、塩素原子が平らな銅の表面に配置されて、2次元の配列を形成する方法を開発しました。Michael Schneider氏が書いた記事によると、「完全にカバーするために必要な塩素原子を少なくすることで、アレイにギャップや穴ができます。いわゆる空孔です。ギャップと塩素原子から、ビットを組み合わせることができます – コンピュータの最小の情報またはメモリユニット。単一の塩素原子をアレイの空孔に出し入れすることで、コンピューターの動作の基礎となる1と0のバイナリコードに対応する2つの状態を切り替えることができます。」

コンピューター制御の走査型トンネル顕微鏡を使用することにより、彼のチームは、必要なビット配列が形成されて読み取れるようになるまで、原子をギャップからギャップへと引っ張ることができます。

このテクノロジーは、切手の表面よりも大きくないこのデータストレージ施設が、これまでに作成されたすべての本を保存できる可能性があることを意味します。

この方法はラボでは問題なく機能しますが、この手法の主な問題の1つは、非常に遅いことです。非常に小さな64ビットデータブロックの読み取りには1分、書き込みには2分かかります。さらに、このプロセスは-196°Cの温度でのみ機能し、原子は割り当てられた位置に2日間しか留まる事ができず、すなわち、保存されているデータはすべて失われます。

 

ナノマグネットによるデータの保存

データを保存するための原子の使用は、スイス、フランス、および米国の科学者達で構成される国際チームによっても研究され、このチームの研究で、ナノマグネットを作成することができました。

ナノ磁石は、磁化可能な原子をシリコン表面に融合することによって作成されました。これを行うために、この国際チームではジスプロシウムの原子(希土類金属)を含む分子を開発しました。この分子の足場は、原子の「媒体」として機能します。 次に、分子は、摂氏400度でアニーリング(加熱、続いてゆっくりと冷却)と呼ばれるプロセスを使用してシリカナノ粒子に結合されます。このプロセス中に、分子の足場が崩壊し、シリカ表面に分散したジスプロシウム原子のみが残りました。

ただし、ナノ磁石の主たる問題は、塩素原子のように、磁性が短時間(90秒)と-270℃の温度でしか持続しないことです。コンピュータデータの保存には実用的とは言えません!

 

まとめ

この記事で説明されている研究は、世界中の研究者がナノテクノロジーを使用してデータを保存するための新しい方法に取り組んでいることを明確に示しています。ただし、これらの新しいアイデアと方法はまだ市場に出回っているわけではなく、そのようなテクノロジが準備できるまで、消費者と企業ユーザーはHDD、SSD、およびテープを使い続ける必要があります。

 

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