Компьютерра - Журнал «Компьютерра» № 45 от 05 декабря 2006 года

Таким образом, уже двое людей в космосе продемонстрировали любовь землян к гольфу. В далёком 1971 году Алан Шепард, капитан корабля «Аполлон-14», дважды от души прикладывался к мячу для гольфа, стоя на Луне. Интересно, думали ли тогда американцы о том, что пролетевшие несколько километров мячи безнадёжно засоряют наш естественный спутник? АБ

Новый способ записи цифровых данных на магнитный носитель предложила международная команда физиков, координируемая из Института металловедения в Штутгарте. Возможно, этот метод найдёт применение в новых устройствах хранения информации, обладающих небывалой надёжностью и плотностью записи.

В современных винчестерах один бит информации записывается путём намагничивания небольшой области на диске в том или ином направлении вдоль, а теперь и перпендикулярно его поверхности. Соседние биты заметно влияют друг на друга, что не позволяет сделать их слишком маленькими и ограничивает предельную плотность записи.

Однако у некоторых магнитомягких материалов (вроде пермаллоя в тонких квадратиках или кружочках размером менее микрона) намагниченность может принимать форму вихря. Такой вихрь закручен в плоскости пластинки либо по, либо против часовой стрелки. Но в самом его центре, в маленькой области с радиусом в два десятка атомов, магнитное поле ориентировано перпендикулярно поверхности и принимает максимальное для этого материала значение. Эта «магнитная игла» может быть направлена либо вверх, либо вниз. Её направление естественно интерпретировать как логические ноль или единицу. Вихрь намагниченности чрезвычайно устойчив. Чтобы изменить направление намагниченности центра вихря, требуется приложить перпендикулярно поверхности сильное магнитное поле около половины тесла. А это почти на три порядка выше, чем к полей в современных устройствах хранения данных.

Но теперь учёные придумали способ «перевернуть» вихрь с помощью полей обычной силы и почти без затрат энергии. Для этого вихрь сначала заставляют «раскачиваться», приложив вдоль поверхности переменное поле с частотой 250 мегагерц. Оно не может ничего перевернуть, но в определённый момент амплитуду одного периода колебаний увеличивают на порядок так, чтобы на границе вихря возникла новая пара вихрь — антивихрь с противоположным направлением магнитной иглы. Антивихрь затем «аннигилирует» с первоначальным вихрем, и остаётся только один вихрь с перевёрнутой иглой.

Авторы считают, что новый способ переворота вихря нетрудно приспособить для записи информации. К сожалению, пока не очень понятно, как её потом считывать, поскольку центральная область размером 10 нанометров слишком мала. Но если эта проблема будет решена, вихревая память вполне способна потеснить другие способы хранения данных. ГА

В Дельфтском технологическом университете (Нидерланды) впервые удалось изучить протекание тока через единственный атом примеси в кремниевом полевом транзисторе. Эта техника позволяет учёным выйти на новый уровень понимания физических процессов в современных электронных устройствах.

Как известно, чтобы придать кремнию нужные электронные свойства, в него добавляют атомы примесей. У этих атомов на внешней электронной оболочке либо на один электрон больше, либо, наоборот, меньше, чем у кремния, что позволяет получить либо электронную, либо дырочную проводимость материала. Атомы примесей случайным образом располагаются в кремнии, и эта случайность в последние годы уже создаёт проблемы. Дело в том, что размеры современных транзисторов так малы, что в них помещается лишь несколько десятков атомов примеси. Поэтому положение и состояние каждого отдельного атома начинает заметно влиять на электронные свойства всего транзистора. И даже идеально изготовленные совершенно одинаковые транзисторы ведут себя слишком по-разному.

Это заставило учёных начать подробное изучение поведения каждого отдельного атома примеси. Они взяли промышленный экземпляр нового полевого FinFET-транзистора, изготовленного по технологии «кремний на изоляторе». Его канал от истока к стоку имеет ширину всего 35 нанометров. Транзистор охладили до низкой температуры и подобрали напряжение на затворе так, чтобы ток протекал через единственный атом мышьяка, который использовался как примесь. А приложив внешнее магнитное поле, учёным удалось дополнительно наблюдать различные квантовые состояния электронов на атоме примеси.

Специалисты высоко оценили новую экспериментальную технику. Отдельные атомы примесей можно использовать в квантовых вычислениях, и, возможно, собранная информация будет полезна для полупроводниковых реализаций квантовых компьютеров. И хотя пока не ясно, как все же избавиться от разброса параметров нанотранзисторов, возможно, решение этой проблемы придёт позже, вместе с детальным пониманием квантового поведения каждого атома примеси. ГА

Агентства научных новостей сообщили об успешном завершении крупного исследования в области генетики человека, которое со всеми основаниями можно считать победой современной науки. 23 ноября журнал Naturе опубликовал результаты сравнения генетических текстов различных людей, выполненные интернациональным, но в основном американским коллективом учёных.

Как известно всем, кто учил биологию в школе, каждый ген имеет определённое место в хромосоме — локус. Поскольку в норме клетки человека (кроме половых) имеют по два набора хромосом (от отца и от матери), они содержат и по две копии каждого гена — по одной в каждой хромосоме. Исключением являются гены, находящиеся в половых хромосомах; точнее, те из них, которые располагаются на X-, но отсутствуют на Y-хромосоме. Гены могут существовать в разных состояниях — аллелях. Так, по какому-то гену можно иметь пару одинаковых аллелей, а можно — два разных. Различие аллелей считалось главной причиной внутривидового разнообразия. Конечно, было известно, что иногда тот или иной кусок ДНК теряется или удваивается. Ещё семьдесят лет назад в экспериментах на дрозофилах было показано значение изменения количества генетической информации при дублировании одного из генов, влияющих на развитие глаз. Однако такие данные казались экзотикой. Мало-мальски грамотному человеку понятно, что набор генов — видоспецифичный признак, а люди отличаются друг от друга аллелями генов, стоящих на своих местах в хромосомах. Конечно, отклонения известны, но они достаточно редки и часто сопровождаются серьёзными поражениями…

И вот новое исследование. В его ходе в геноме человека искали так называемые CNV (copy number variation) — последовательности, превышающие в длину тысячу нуклеотидных пар и существующие в геномах разных людей в разном количестве. Изучены геномы 270 человек, относившихся к четырём группам: представителей племени йоруба из Нигерии, белых (происходящих из Европы) граждан штата Юта, японцев из Токио и китайцев из Пекина. Чтобы определить различия в последовательностях ДНК, нужны были размножающиеся клетки. Для этого клетки доноров обрабатывали вирусом, обеспечивавшим их превращение в опухолевые [А согласны ли вы, читатель, дать пробу своих клеток, чтобы посредством заражения вирусом Эпштейна-Барра их превратили в клетки лимфобластомы? Есть в этой мысли что-то отталкивающее]. Специальные меры помогали исследователям различать генетические последствия такого перерождения и исключать их из рассмотрения. Затем они применяли два независимых способа сравнения последовательностей ДНК, чтобы зарегистрировать куски генетического текста, которые есть у одних людей и отсутствуют у других.

Итог: в геномах изученных людей найдено 1447 CNV-последовательностей. Они занимают около 12% от всего размера генома, затрагивая примерно такую же долю от числа всех генов. Благодаря изучению хромосом родственников, удалось не только продемонстрировать, что зарегистрированные отличия передаются из поколения в поколение (в соответствии с законами Менделя), но и в одном случае, при сравнении матери и дочери, даже определить время возникновения одной из вариаций количества ДНК. Возможно, такие феномены являются следствием неравного обмена между парными хромосомами. Наряду с разнообразием аллелей внутри определённого набора генов мощным источником индивидуальной изменчивости оказался сам такой набор!

Одним из результатов работы научного коллектива стала карта распространения CNV по геному человека (см. рис.). Длина красных линий на этой схеме отражает частоту встречаемости каждой из CNV у разных людей, длина зелёных и синих линий — количество пар нуклеотидов в таких последовательностях, а сам зелёный или синий цвет — наличие или отсутствие связи с удвоениями сегментов хромосомы. Сколь эта картина не соответствует традиционным представлениям о «нормальном» строении хромосом!