Американские и чешские физики изучили механизм образования полярных вихрей в сегнетоэлектриках и доказали, что этим новым состоянием материи можно управлять с помощью электрического поля. По мнению авторов, это открытие поможет создать сверхбыстрые устройства для хранения и обработки информации. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature, передает РИА Новости.

Традиционно в устройствах хранения данных используют полупроводники и магнитные материалы. Но в сегодняшнем мире высокоскоростных вычислений и широкополосных сетей постоянно требуются новые способы обработки и хранения информации.

В последние годы в центре внимания инженеров и ученых оказались сегнетоэлектрики — кристаллические материалы, обладающие спонтанной поляризацией, ориентацию которой можно менять посредством внешнего электрического поля.

В 2016 году в структуре сегнетоэлектриков открыли спиральные группы атомов — полярные вихри. Теперь физики из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США в сотрудничестве с коллегами из Института физики Чешской академии наук доказали, что структуры на основе сегнетоэлектрических решеток, построенные не на электронном спине, а на электрической поляризации, весьма перспективны для быстрой и универсальной обработки и хранения данных, так как их топологическими порядками можно оперативно управлять с помощью электрического поля.

"С фундаментальной точки зрения это новое состояние материи. Наш эксперимент показывает возможные способы контролировать свойства этого материала в динамическом смысле быстрее, чем мы думали, что это возможно, — приводятся в пресс-релизе Аргоннской национальной лаборатории слова одного из автора исследования физика Джона Фриланда (John Freeland). — Мы хотим воспользоваться преимуществами того, что происходит на этих частотах, для создания технологии хранения и обработки данных с высокой пропускной способностью".

Полярные вихри, которые изучили авторы, — это сверхмалые и сверхбыстрые группы атомов размером около пяти или шести нанометров. Это в тысячи раз меньше толщины человеческого волоса или примерно в два раза шире одной нити ДНК. Все это делает их трудными для наблюдения и описания.

Авторы потратили годы на изучение этих вихрей, сначала с помощью рентгеновских лучей усовершенствованного источника фотонов (APS) в Аргоннской национальной лаборатории, а затем с помощью лазеров на свободных электронах когерентного источника света (LCLS) LINAC в Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики США.

Чтобы привести полярные вихри в движение, нужно приложить сверхбыстрое электрическое поле. Также ими можно манипулировать с помощью световых импульсов.

"Хотя движение отдельных атомов само по себе может быть не слишком захватывающим, эти движения объединяются, чтобы создать что-то новое. Ученые называют это эмерджентными явлениями", — объясняет руководитель исследования Хайдань Вэнь (Haidan Wen), физик из отдела рентгеновских исследований Аргоннской национальной лаборатории.

Используя новый сегнетоэлектрический материал, исследователи смогли возбудить группу атомов и придать им закрученное движение с помощью электрического поля терагерцовых частот, а затем сделать снимки этих вращений в фемтосекундном масштабе времени. При таком уровне детализации авторы увидели новый тип движения, ранее не доступный для фиксации.

"Несмотря на то, что теоретики интересовались этим типом движения, точные динамические свойства полярных вихрей оставались туманными до этого эксперимента, — отмечает Йирка Глинка (Jirka Hlinka), заведующий отделом диэлектриков Института физики Чешской академии наук. —

Выявить такого рода согласованный атомный танец было настоящим приключением".

Представлена 3D визуализация объема информации, хранящегося в интернете (видео)

Тысячелетиями человечество накапливало информацию и хранило полученные данные в различных формах: от наскальной живописи до современных сверхплотных накопителей. Главным хранилищем всех полезных и совершенно ненужных данных на сегодня является всемирная сеть интернета, где наряду со снимками Вселенной и видео с других планет накоплены бесчисленные селфи с пирамидами и Эйфелевой башней и непременные фотографии любимых котиков. Оценить весь объем хранящейся в интернете информации попытался YouTube канал MetaBallStudios, специализирующийся на сравнительной 3D визуализации различных объектов, животных, планет и даже космических кораблей из фантастических кинофильмов.

Энтузиасты с канала MetaBallStudios масштабировали количество информации в пропорции 1 кубический мм равен 1 байту информации. На первом этапе объем нарастает постепенно, однако уже после 1 ТБ можно оценить, к какому реально большому объему информации пользователи интернета имеют свободный доступ в современном информационном пространстве.

На первом этапе все выглядит вполне реально. Так, например, в стандартном спичечном коробке помещается «всего» 22 КБ информации, а 1 МБ «поместится» в литровую бутылку. Однако в дальнейшем размеры нарастают гигантскими шагами. В куб объемом 1 ГБ уже можно спрятать несколько человек, а 1 ТБ сопоставим по объему с десятком легковых автомобилей. Девятиэтажный дом «вмещает» информацию, «зашитую» в 10 ТБ, а куб из 1000 ТБ - в десятки раз больше объема статуи Свободы. Один Exabyte (миллион ТБ), равный объему информации в интернете 2001 года, уже сопоставим с Манхеттеном, а объем интернета к 2020 году, равный 1 Zettabyte, способен полностью покрыть Манхеттен. Величину визуализации самого большого 1 Yottabyte лучше самостоятельно посмотреть на канале MetaBallStudios - он сопоставим с объемами огромных мегаполисов.