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Memoria magnetica miniaturizzata a soli 12 atomi
Il più piccolo bit di memoria magnetica mai realizzato, un'aggregazione di appena 12 atomi di ferro creata dai ricercatori dell'IBM, mostra i limiti ultimi dei futuri sistemi di archiviazione dei dati.
Diventiamo piccoli: Questa immagine al microscopio a effetto tunnel mostra un gruppo di 12 atomi di ferro, il più piccolo bit di memoria magnetica mai realizzato.
Gli elementi di memoria magnetica non funzionano nello stesso modo in cui funzionano i dischi rigidi di oggi e, in teoria, possono essere molto più piccoli senza diventare instabili. Gli array di archiviazione dati realizzati con questi bit atomici sarebbero circa 100 volte più densi di qualsiasi cosa possa essere costruita oggi. Ma i 12 atomi che compongono ogni bit devono essere accuratamente assemblati utilizzando un microscopio costoso e complesso, e i bit possono contenere dati solo per poche ore e a basse temperature che si avvicinano allo zero assoluto, quindi i minuscoli elementi di memoria non saranno trovati nel consumatore dispositivi in qualunque momento presto.
Mentre l'industria dei semiconduttori si scontra con i limiti della scalabilità rendendo i dispositivi di memoria e di calcolo sempre più piccoli, il gruppo di ricerca IBM Almaden, guidato da Andreas Heinrich , sta lavorando dall'altra parte, costruendo elementi di calcolo atomo per atomo in laboratorio.
La tecnologia necessaria per la produzione su larga scala su scala di un singolo atomo non esiste ancora. Oggi, dice Heinrich, la domanda è: cosa vorresti costruire sulla scala degli atomi per l'archiviazione e il calcolo dei dati, in un lontano futuro?
Man mano che gli ingegneri miniaturizzano i dispositivi convenzionali, stanno scoprendo che la fisica quantistica, che non è mai stata presa in considerazione in passato, rende i dispositivi meno stabili. Poiché i bit di memoria magnetici convenzionali vengono miniaturizzati, ad esempio, il campo magnetico di ciascun bit inizia a influenzare i suoi vicini, indebolendo la capacità di ciascun bit di mantenere un 1 o uno 0.
I ricercatori IBM hanno scoperto che era possibile aggirare questo problema utilizzando gruppi di atomi che mostrano un diverso tipo di magnetismo. La chiave, dice Heinrich, è la rotazione magnetica di ogni singolo atomo.
Nei magneti convenzionali, indipendentemente dal fatto che si trovino con in mano una nota sul frigorifero o in un array di archiviazione dati, gli spin magnetici degli atomi sono allineati. È questo allineamento che porta all'instabilità quando gli elementi della memoria magnetica vengono miniaturizzati. I ricercatori dell'IBM hanno creato i loro minuscoli elementi di memoria allineando atomi di ferro i cui spin erano controallineati.
I ricercatori hanno costruito e scritto dati sui minuscoli elementi della memoria utilizzando un microscopio a scansione a effetto tunnel, un dispositivo sviluppato presso l'IBM di Zurigo nel 1981. Questo microscopio ha una sonda conduttiva molto sottile che può essere utilizzata per visualizzare una superficie e spingere i singoli atomi intorno.
Heinrich afferma che il suo team ha scoperto che potrebbe creare una memoria antiferromagnetica utilizzando meno di 12 atomi, ma questi erano meno stabili. Con 12 atomi, gli elementi di memoria obbediscono alla fisica classica e gli impulsi di lettura e scrittura applicati attraverso la sonda del microscopio sono simili a quelli utilizzati nei dischi rigidi di oggi. Questa ricerca è descritta oggi nella rivista Scienza .
Qualsiasi tecnologia realistica di archiviazione dati non volatile deve essere in grado di trattenere i dati per 10 anni a temperature ben al di sopra della temperatura ambiente, afferma Victor Zhirnov , un ricercatore presso la Semiconductor Research Corporation, che non era coinvolto nel lavoro. I bit IBM possono mantenere un 1 o uno 0 per poche ore e solo a temperature molto basse, ma Heinrich afferma che dovrebbe essere possibile aumentare la loro stabilità per il funzionamento a temperature più realistiche utilizzando 150 atomi per bit anziché 12 —ancora un numero minuscolo rispetto alle forme di memoria esistenti.
Tuttavia, realizzare una tecnologia realistica non era l'obiettivo del lavoro attuale, afferma Heinrich. Il suo scopo è quello di esplorare se altri tipi di elementi di calcolo possono essere realizzati da pochi atomi, magari abbracciando la quantistica. Dobbiamo avere la lungimiranza di non preoccuparci del prossimo passo, ma di saltare a qualcosa di potenzialmente rivoluzionario, dice.