It is no exaggeration to say that information is the basis of the modern world. Every day, millions of people around the world create millions of gigabytes of information by storing it on their computers or mobile devices. An interesting question arises: when we record more and more information on our devices-download music, take photos, install apps, create documents – does it increase the physical weight of the hard drive?
Immediately note that in this article we will focus on recording information on SSD drives – solid state drives, which are used in most modern devices.
Storage of information in a solid-state carrier is provided by means of billions of transistors taking values "1"or " 0". Each such transistor consists of two semiconductors with an excess of electrons, and between them is a semiconductor with a lack of electrons. Above these semiconductors, a so-called control gate is installed, which is supplied with a positive or negative voltage.
Floating gate transistor / source
Floating gate transistor / source
Below it is a floating gate, insulated on all sides by an oxide film-dielectric. If you apply a positive voltage to the control gate, then quantum mechanics comes into play – a part of the electrons will be drawn to the floating gate due to the tunnel effect, despite the presence of an oxide film-a dielectric that does not conduct current.
This is interesting: the tunnel effect is a unique phenomenon inherent in quantum mechanics. Due to the property of wave-particle dualism (i.e. the ability to be both a wave and a particle), an elementary particle can be on the other side of the potential barrier, even if its total energy is higher than the height of the barrier. In our case, the electron is on the other side of the oxide film-dielectric and goes to the floating gate.
The floating gate, which received a negative charge from the electrons" planted " on it, will interfere with conducting current through the transistor. In this case, the transistor will have a value of "1". If it conducts current, the cell will store the value "0".
Recommend
Why are atomic clocks the most accurate?
So, to write in the transistor value "1", it is necessary to" throw " on the floating gate electrons. Surrounded by a dielectric, they are able to retain a charge for many years even after turning off the computer, which is why the information is stored in memory even when we disconnect our devices from the power supply. Since electrons are particles of mass, each recorded " one " adds a negligible mass to the hard drive. However, it is necessary to remember that information is not only "ones", but a sequence of" zeros "and"ones". If downloading any byte of information you will change the values of the transistors 01100111 at 10001100, the mass of the hard disk will decrease, freeing the floating gate electrons to get two extra "toe".
It turns out that when writing information, the hard drive can actually become heavier by an unimaginably small value. One at the same time the information should be ordered in such a way that the transistors with a negative charge on the floating gate became more. It is possible that this may lead to the deletion of information, rather than recording it. Не будет преувеличением сказать, что информация является основой современного мира. Каждый день миллионы людей во всем мире создают миллионы гигабайт информации, храня ее на своих компьютерах или мобильных устройствах. Возникает интересный вопрос: когда мы записываем все больше и больше информации на наши устройства-загружаем музыку, делаем фотографии, устанавливаем приложения, создаем документы – увеличивается ли физический вес жесткого диска?
Сразу отметим, что в данной статье речь пойдет о записи информации на SSD – накопители-твердотельные накопители, которые используются в большинстве современных устройств.
Хранение информации в твердотельном носителе обеспечивается с помощью миллиардов транзисторов, принимающих значения "1"или " 0". Каждый такой транзистор состоит из двух полупроводников с избытком электронов, а между ними находится полупроводник с недостатком электронов. Над этими полупроводниками установлен так называемый управляющий вентиль, на который подается положительное или отрицательное напряжение.
Плавающий вентильный транзистор / источник
Плавающий вентильный транзистор / источник
Под ним находится плавающий затвор, изолированный со всех сторон оксидной пленкой-диэлектриком. Если приложить к управляющему вентилю положительное напряжение, то в игру вступает квантовая механика – часть электронов будет притягиваться к плавающему вентилю за счет туннельного эффекта, несмотря на наличие оксидной пленки-диэлектрика, не проводящего ток.
Это интересно: туннельный эффект-уникальное явление, присущее квантовой механике. Благодаря свойству корпускулярно-волнового дуализма (т. е. способности быть одновременно волной и частицей) элементарная частица может находиться по другую сторону потенциального барьера, даже если ее полная энергия больше высоты барьера. В нашем случае электрон находится по другую сторону оксидной пленки-диэлектрика и направляется к плавающему затвору.
Плавающий затвор, получивший отрицательный заряд от" посаженных " на него электронов, будет мешать проведению тока через транзистор. В этом случае транзистор будет иметь значение "1". Если он проводит ток, ячейка будет хранить значение "0".
Рекомендовать
Почему атомные часы самые точные?
Итак, чтобы записать в транзистор значение "1", необходимо" кинуть " на плавающий затвор электроны. Окруженные диэлектриком, они способны сохранять заряд в течение многих лет даже после выключения компьютера, поэтому информация сохраняется в памяти даже при отключении наших устройств от источника питания. Поскольку электроны являются частицами массы, каждая записанная "единица" добавляет незначительную массу к жесткому диску. Однако следует помнить, что информация-это не только "единицы", но и последовательность" нулей "и"единиц". Если при загрузке любого байта информации вы измените значения транзисторов 01100111 на 10001100, то масса жесткого диска уменьшится, освободив плавающие электроны затвора, чтобы получить два лишних "пальца".
Оказывается, при записи информации жесткий диск действительно может стать тяжелее на невообразимо малую величину. При этом информацию следует упорядочить таким образом, чтобы транзисторов с отрицательным зарядом на плавающем затворе стало больше. Не исключено, что это может привести к удалению информации, а не к ее записи.