【技術】ＩＢＭ、原子１個に１ビットの磁気情報を読み書きすることに成功　超高密度ストレージが実現可能に

海江田三郎 ★

https://japan.zdnet.com/article/35098008/

より小型で高密度かつパワフルな磁気ストレージシステムへの道が、あるブレークスルーによって切り開かれようとしている。

IBMの研究者らは米国時間3月8日、単一の原子に対して1ビットの磁気情報を記録し、読み出す方法を確立したと発表した。
　IBMによると、これまでは、極性を安定して保持できる磁気ビットの最小構成原子数は3?12個であり、
現在のハードディスクは1ビットの格納におよそ1万個の原子を使用しているという。
　単一原子に対して1ビットのデータを設定し、その情報を取り出す実験に成功したことで、
より小型で高密度のストレージデバイスを開発できる新たな可能性が生み出されたとIBMは述べている。
同社によると、この技術が実用化されれば、クレジットカード大のデバイスに、3500万曲が収録されたライブラリ全体を格納できるようになるという。

　カリフォルニア州サンノゼにあるIBM Research - Almadenでナノサイエンスの主任研究員を務めている
Christopher Lutz氏は「磁気ビットはハードディスクや磁気テープ、次世代の磁気メモリを支える中核技術だ」と述べるとともに、
「技術を極限まで、すなわち原子レベルにまで微細化した場合にどういったことが起こるのかを理解するためにこの研究を実施した」と述べている。
　3月の初めにIBM Research - Almadenの研究者らは、走査型トンネル顕微鏡（STM）の先端に単一の鉄原子を配置した
電子スピン共鳴（ESR）センサを開発したと発表した。このセンサを用いることで、研究者らはセンサ近傍にある
個々の原子の磁場を測定できるようになった。なお、単一原子に対する磁場の設定も、STMに装着されたESRセンサを用いて行われた。
　単一原子を読み書きするこのストレージシステムは、酸化マグネシウムの基台の上に磁気情報を記録するための原子を配置した構造となっている。
この基台は、帯磁する原子と、基台の下部に配置される金属電極を隔てる遮蔽層として機能する。
　この酸化マグネシウムの基台表面に配置される磁気情報記録用の原子はホルミウム（Ho）だ。研究者らによると、ホルミウムはその安定性により、
データストレージメディアとして理想的な性質を備えているという。ホルミウムは、磁場の存在を含むさまざまな条件下でも優れた磁気緩和特性を維持できるのだ。

　IBMの説明によると、STMを使ってホルミウム原子に電流を流すと、同原子のN極とS極が反転するのだという。
またこのSTMは、情報の読み書きを可能にするだけの十分な磁気緩和時間を確保するために、液体ヘリウムによる冷却構造も備えている。
　同社は、たった1ナノメートルしか離れていない場所に配置された、2つのホルミウム原子を個別に帯磁させ、
その情報を測定できるということを実証してみせた。これは、今日のハードディスクやSSDよりも記録密度が
1000倍高い磁気ストレージシステムを作り出せる可能性を示している。さらに原子数とビット数の比で見た場合、
こういったシステムははるかに多くの情報を格納できることになるため、データセンターやコンピュータ、モバイル機器といったものの
小型化に向けた道が開かれるとIBMは述べている。
　この成果は原子レベルのデータストレージを実現するための道を切り開くものだが、IBMは個々の磁場の中心にどのようにアクセスするのかという
問題がまだ解決されていないと述べている。
　ストレージ技術に関する最近のブレークスルーとしては他に、1グラムのDNAに215ペタバイトのデータを格納するという、
コロンビア大学とニューヨークゲノムセンター（NYGC）によって達成された成果もある。実用的なレベルに達するには、まだ何年もかかるだろうが、
磁気テープや磁気ディスク、光学メディアに対する記録密度面での優位性を考えた場合、DNAはデータストレージとして
期待できると言えるだろう。またDNAは適切な環境で保存された場合、数千年にわたって情報を保持できる。

　さらに、オランダの物理学者らは2016年の半ばに、小さな金属表面上に塩素（Cl）原子を適切に配置していくことで
データを記録するというストレージデバイスを作り出した。この手法を大規模化すれば1平方センチメートル上に約10テラバイトのデータを格納できると期待されている。

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