Científicos de la Universidad de Radboud han descubierto un nuevo mecanismo para el almacenamiento magnético de la información en la unidad más pequeña de la materia: un solo átomo.
Si bien la demostración del principio se demostró a muy bajas temperaturas, este mecanismo parece prometedor para la operación a temperatura ambiente. De esta forma, será posible almacenar miles de veces más información que en los discos duros actuales. Sus hallazgos se publican en 'Nature Communications'.
Entre las estrategias para almacenar más información de una manera eficiente, una posible vía es almacenar información en el último límite de escala: un solo átomo. "Las computadoras modernas usan mucha electricidad, que actualmente demanda más del 5 por ciento de la electricidad mundial. La ciencia fundamental dice que podemos ganar mucho más en eficiencia energética", explica el primer autor Brian Kiraly.
"Nos estamos enfocando en un componente muy básico de las computadoras modernas: un bit de memoria. Usamos átomos porque son la unidad más pequeña de la materia y también nos permiten comprender mejor la ciencia fundamental detrás de su comportamiento. Nuestra pregunta actual es: ¿cómo podemos almacenar información en un solo átomo y con qué estabilidad podemos mantener esa información?", indica.
Cuando se desciende al nivel de un solo átomo, ya no se mantienen magnéticamente estables. "Lo que define un imán permanente es que tiene un polo norte y un polo sur, que permanece en la misma orientación", explica el profesor de microscopía de exploración microscópica Alexander Khajetoorians.
"Pero cuando se llega a un solo átomo, el polo norte y sur del átomo comienzan a voltearse y no saben en qué dirección deben apuntar, ya que se vuelven extremadamente sensibles a su entorno. Si se desea que un átomo magnético contenga información, no puede voltearse", relata.
Y continúa: "Durante los últimos diez años, los investigadores han estado preguntando: Para que el átomo deje de moverse, ¿cuántos átomos se necesitan para estabilizar el imán y cuánto tiempo puede contener información antes de voltearse? En los últimos dos años, los científicos en Lausana y en IBM Almaden han descubierto cómo mantener estable el átomo, haciendo que un solo átomo puede ser una base de memoria. Para hacer esto, los investigadores tuvieron que usar temperaturas muy bajas, 40 Kelvin o -233 grados Celsius. Esta tecnología está limitada a temperaturas extremadamente bajas".
Los científicos de la Universidad de Radboud adoptaron un enfoque diferente. Al elegir un sustrato especial, el fósforo negro semiconductor, descubrieron una nueva forma de almacenar información dentro de los átomos de cobalto, que evita los problemas convencionales con inestabilidad. Utilizando un microscopio de efecto túnel, donde una punta afilada de metal se mueve a través de su superficie a solo unos pocos átomos de distancia, pudieron "ver" átomos individuales de cobalto en la superficie del fósforo negro. Debido a la resolución extremadamente alta y las propiedades especiales del material, mostraron directamente que los átomos de cobalto individuales podían manipularse en uno de dos estados de bit.
Los electrones en un átomo orbitan alrededor del núcleo, pero también "giran" ellos mismos, al igual que la Tierra gira alrededor del Sol y su propio eje. La cantidad total que gira, o su momento angular, es lo que nos da magnetismo. "En lugar de este momento angular de giro, que los investigadores anteriores han usado, descubrimos una forma de hacer una diferencia de energía entre algunos de los orbitales del átomo de cobalto y ahora usamos el momento angular orbital para nuestra memoria atómica. Esto supone una barrera de energía mucho mayor y podría ser viable para hacer que la memoria de un solo átomo sea estable a temperatura ambiente".
"Al final, sigue siendo un imán con un momento angular, pero ahora podemos controlar el átomo del estado 0 a 1, lo que tiene una estabilidad mucho más alta que otros imanes", dice Kiraly. "Cuando realizamos por primera vez el experimento y vimos este cambio binario, no estábamos seguros de lo que estaba pasando. En una colaboración con los teóricos de la Universidad de Radboud, Misha Katsnelson y Sasha Rudenko, pudimos señalar que estábamos observando el momento orbital del átomo y habíamos creado una nueva memoria", agrega Khajetoorians.
En este momento, los elementos que almacenan los bits en un disco duro son todavía mil veces más grandes que un átomo. Khajetoorianos añadió: "Lo que significa este trabajo es que, si pudiéramos construir un disco duro real a partir de todos estos átomos, y todavía estamos muy lejos de eso, podrías almacenar miles de veces más información".
