Research press release

機械的記憶装置

Nature Nanotechnology

A mechanical memory

非常に小さいシリコンの梁が機械的記憶素子として使えることが、Nature Nanotechnology電子版に報告される。この記憶素子は、電源につながなくても情報を保持でき、光通信システムや信号処理への応用が考えられる。

このシリコン梁は光機械的回路の一部であり、シリコン梁の機械的エネルギーと光共振器内のレーザー光との間でエネルギー交換が可能である。シリコン梁の両端はシリコンチップに取り付けられており、シリコン梁が軽くたわむように設計されている。つまり、梁はアップとダウンのいずれかの状態をとる。光共振器内にレーザーを照射することによって、梁を振動させることもできる。今回、H Tangらは、光機械的増幅を利用して梁を高振幅振動状態に励起できること、また光機械的冷却を利用して振動を止められるので、レーザーをオフにすると梁を特定状態に戻せることを示した。素子への情報書き込みは、梁の最終状態の制御によって可能になる。書き込まれた情報は、別のレーザーで読むことができる。

初期の頃のコンピューターは、機械的メモリーを持つものが多かった。しかし、今日では、電子・磁気メモリーがデータ記憶の主流である。1ビットのデータを記憶させるのに必要なエネルギーを比較すると、今回の新しい方法は、現代の記憶素子の100万倍以上のエネルギーを要する。しかし、将来、もっとQ値の高い共振器が使えるようになれば、ナノ機械的メモリーに必要なエネルギーは減らせるであろう。

A tiny beam of silicon can be used as a mechanical memory device that is able to retain information without being connected to a power supply, reports a paper published online this week in Nature Nanotechnology. The device in this study could have applications in optical communication systems and signal processing.

The silicon beam is part of an optomechanical circuit that allows energy to be exchanged between laser light in an optical cavity and the mechanical energy of the beam. Both ends of the beam are attached to a silicon chip, and it is designed to have a slight buckle, which means that it is either in an up or down state. However, the beam can also be made to vibrate by shining a laser into the optical cavity. Hong Tang and colleagues have now shown that optomechanical amplification can be used to excite the beam into a state with high-amplitude oscillations, and that optomechanical cooling can then be used to quench these vibrations so that the beam returns to a specific state when the laser is turned off. It is this control over the final state of the beam that allows information to be written to the device. The information can be read by another laser.

Many early computers had mechanical memories, but magnetic and electronic memories dominate data storage today. The amount of energy needed to store one bit of data with the new mechanical approach is more than a million times higher than that needed to store one bit in a modern memory device, but it should in future be possible to reduce the energy requirements of the nanomechanical memories by using higher-quality cavities.

doi: 10.1038/nnano.2011.180

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