Científicos logran almacenar datos en un solo átomo

Corta un imán en dos, y se convertirá en dos imanes más pequeños. Rebanalos otra vez para hacer cuatro. Pero cuanto más pequeños son los imanes, más inestables se vuelven; sus campos magnéticos tienden a invertir la polaridad de un momento a otro. Ahora, sin embargo, los físicos han conseguido crear un imán estable de
 
serman, laboratorio de recuperación de datos en españa

Corta un imán en dos, y se convertirá en dos imanes más pequeños. Rebanalos otra vez para hacer cuatro. Pero cuanto más pequeños son los imanes, más inestables se vuelven; sus campos magnéticos tienden a invertir la polaridad de un momento a otro. Ahora, sin embargo, los físicos han conseguido crear un imán estable de un solo átomo.

El equipo, que publicó su trabajo en Nature, el 8 de marzo, utilizó sus imanes de átomo único para fabricar un disco duro atómico. El dispositivo regrabable, hecho a partir de 2 imanes de este tipo, es capaz de almacenar sólo 2 bits de datos, “pero los sistemas ampliados podrían aumentar la densidad de almacenamiento de unidades de disco duro en 1.000 veces”, dice Fabian Natterer, físico del Instituto Federal Suizo de Tecnología. (EPFL) en Lausana, y autor del artículo.

“Es un logro histórico”, dice Sander Otte, un físico de la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos. “Finalmente, la estabilidad magnética se ha demostrado innegablemente en un solo átomo.”

Dentro de un disco duro normal el disco está dividido en áreas magnetizadas – cada una como un imán barra pequeña – los campos de los cuales pueden apuntar hacia arriba o hacia abajo. Cada dirección representa un 1 o 0 – una unidad de datos conocida como un bit. Cuanto más pequeñas son las áreas magnetizadas, más densamente pueden almacenarse los datos. Pero las regiones magnetizadas deben ser estables, de modo que ‘1’ y ‘0’ dentro del disco duro no cambien involuntariamente.

Los bits comerciales actuales comprenden alrededor de 1 millón de átomos. Pero en experimentos los físicos han reducido radicalmente el número de átomos necesarios para almacenar 1 bit – pasando de 12 átomos en 2012 hasta ahora con tan sólo uno. Natterer y su equipo utilizaron átomos de holmio, un metal de tierras raras, sentado sobre una lámina de óxido de magnesio, a una temperatura inferior a 5 kelvin (-268º Celcius).

El holmio es particularmente adecuado para el almacenamiento de un solo átomo, ya que tiene muchos electrones desemparejados que crean un campo magnético fuerte, y que se asientan en una órbita cerca del centro del átomo, donde están protegidos del medio ambiente. “Esto da al holmio un campo grande y estable”, dice Natterer. “Pero el blindaje tiene un inconveniente: hace que el holmio sea notoriamente difícil de manipular. Y hasta ahora, muchos físicos dudaban de si era posible determinar fiablemente el estado del átomo”.

Para escribir los datos en un solo átomo de holmio, el equipo utilizó un pulso de corriente eléctrica de la punta magnetizada del microscopio de exploración túnel, que podría voltear la orientación del campo del átomo entre un 0 o 1. En los ensayos los imanes resultaron estables, cada uno conservó sus datos durante varias horas, con el equipo no se vió ningún cambio involuntario. Utilizaron el mismo microscopio para leer el bit, con diferentes flujos de corriente que revelaban el estado magnético del átomo.

Para demostrar aún más que la punta podía leer de manera fiable el bit, el equipo, que incluía a investigadores de la empresa de tecnología IBM, diseñó un segundo método indirecto de lectura. Utilizaron un átomo de hierro vecino como un sensor magnético, sintonizándolo para que sus propiedades electrónicas dependieran de la orientación de los dos imanes atómicos de holmio en el sistema de 2 bits. El método también permite al equipo leer varios bits al mismo tiempo, dice Otte, lo que lo hace más práctico y menos invasivo que la técnica del microscopio.

El uso de átomos individuales como bits magnéticos aumentaría radicalmente la densidad del almacenamiento de datos, y Natterer dice que sus colegas de EPFL están trabajando en maneras de aprovechar los imanes de átomo único. Pero el sistema de 2 bits está aún lejos de las aplicaciones prácticas y muy atrás de otro tipo de almacenamiento de átomo único, que codifica datos en posiciones de átomos, en lugar de en su magnetización, y ya ha construido un rango de 1 kilobyte (8,192 bits) Dispositivo de almacenamiento de datos regrabable.

“Una ventaja del sistema magnético, sin embargo, es que podría ser compatible con la espintrónica”, dice Otte. “Esta tecnología emergente utiliza estados magnéticos no sólo para almacenar datos, sino para mover información alrededor de una computadora en lugar de corriente eléctrica, y permitiría crear sistemas mucho más eficientes en energía”.

En el corto plazo, los físicos están más entusiasmados con el estudio de los imanes de átomo único. Natterer, por ejemplo, planea observar tres mini-imanes que están orientados de modo que sus campos estén en competencia uno con el otro, por lo que continuamente se muevan. “Ahora se puede jugar con estos imanes de un solo átomo, usándolos como Legos, para construir estructuras magnéticas desde cero”, dice.

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