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Memoria magnética miniaturizada a solo 12 átomos
El bit de memoria magnética más pequeño jamás creado, una agregación de solo 12 átomos de hierro creada por investigadores de IBM, muestra los límites finales de los futuros sistemas de almacenamiento de datos.
Seamos pequeños: Esta imagen de microscopio de túnel de barrido muestra un grupo de 12 átomos de hierro, el bit de memoria magnética más pequeño jamás creado.
Los elementos de la memoria magnética no funcionan de la misma manera que lo hacen los discos duros de hoy y, en teoría, pueden ser mucho más pequeños sin volverse inestables. Los arreglos de almacenamiento de datos hechos a partir de estos bits atómicos serían unas 100 veces más densos que cualquier otro que se pueda construir en la actualidad. Pero los 12 átomos que componen cada bit deben ensamblarse minuciosamente utilizando un microscopio costoso y complejo, y los bits pueden contener datos durante solo unas pocas horas y a bajas temperaturas cercanas al cero absoluto, por lo que los minúsculos elementos de memoria no se encontrarán en el consumidor. dispositivos en el corto plazo.
A medida que la industria de los semiconductores se enfrenta a los límites del escalado al hacer que los dispositivos de memoria y computación sean cada vez más pequeños, el grupo de investigación de IBM Almaden, dirigido por Andreas Heinrich , está trabajando desde el otro extremo, construyendo elementos informáticos átomo por átomo en el laboratorio.
La tecnología necesaria para la fabricación a gran escala a escala de un solo átomo aún no existe. Hoy, dice Heinrich, la pregunta es: ¿Qué es lo que le gustaría construir en la escala de átomos para el almacenamiento y el cálculo de datos en un futuro lejano?
A medida que los ingenieros miniaturizan los dispositivos convencionales, están descubriendo que la física cuántica, que nunca tuvo que tenerse en cuenta en el pasado, hace que los dispositivos sean menos estables. A medida que los bits de memoria magnética convencionales se miniaturizan, por ejemplo, el campo magnético de cada bit comienza a afectar al de sus vecinos, lo que debilita la capacidad de cada bit para mantener un 1 o un 0.
Los investigadores de IBM descubrieron que era posible evitar este problema mediante el uso de grupos de átomos que muestran un tipo diferente de magnetismo. La clave, dice Heinrich, es el giro magnético de cada átomo individual.
En los imanes convencionales, ya sea que se encuentren sosteniendo una nota en el refrigerador o en una matriz de almacenamiento de datos, los giros magnéticos de los átomos están alineados. Es esta alineación la que conduce a la inestabilidad cuando se miniaturizan los elementos de memoria magnética. Los investigadores de IBM crearon sus pequeños elementos de memoria alineando átomos de hierro cuyos giros estaban contraalineados.
Los investigadores construyeron y escribieron datos en los diminutos elementos de memoria utilizando un microscopio de túnel de barrido, un dispositivo desarrollado en IBM Zürich en 1981. Este microscopio tiene una sonda conductora muy delgada que puede usarse para obtener imágenes de una superficie y empujar átomos individuales alrededor.
Heinrich dice que su equipo descubrió que podía producir memoria antiferromagnética usando menos de 12 átomos, pero estos eran menos estables. Con 12 átomos, los elementos de la memoria obedecen a la física clásica, y los pulsos de lectura y escritura aplicados a través de la sonda del microscopio son similares a los que se utilizan en los discos duros actuales. Esta investigación se describe hoy en la revista Ciencias .
Cualquier tecnología realista de almacenamiento de datos no volátiles debe poder retener los datos durante 10 años a temperaturas muy superiores a la temperatura ambiente, dice Victor Zhirnov , científico investigador de Semiconductor Research Corporation, que no participó en el trabajo. Los bits de IBM pueden mantener un 1 o un 0 durante solo unas pocas horas, y solo a temperaturas muy bajas, pero Heinrich dice que debería ser posible aumentar su estabilidad para operar a temperaturas más realistas utilizando 150 átomos por bit en lugar de 12. —Todavía es un número minúsculo en comparación con las formas de memoria existentes.
Sin embargo, hacer una tecnología realista no era el objetivo del trabajo actual, dice Heinrich. Su objetivo es explorar si se pueden fabricar otros tipos de elementos informáticos a partir de unos pocos átomos, quizás adoptando la cuántica. Tenemos que tener la previsión de no preocuparnos por el próximo paso, sino de saltar a algo potencialmente revolucionario, dice.