Adsorción y cambio de Co a BP. una especie Six Co en BP depositada en T <5 K (Vs =−400 mV, It =20 pA, barra de escala =1 nm). Los átomos en caja muestran especies relacionadas a través del plano del espejo a lo largo de [010]. b Cuatro átomos de a se han convertido en JH, bajo (Vs =−400 mV, It =20 pA, barra de escala =1 nm). c Dos átomos de b se han cambiado a JH, alto (Vs =−400 mV, It =20 pA, barra de escala =1 nm). d Características de conmutación de JH, bajo a JH, alto con Vs =420 mV ye JH, alto a JH, bajo con Vs =−680 mV. Se anotan los sesgos de umbral aproximados para la conmutación (Vth). Los círculos naranjas indican la posición de la punta durante la secuencia de conmutación. Las imágenes insertadas que muestran las configuraciones antes y después tienen un tamaño de 4 nm × 4 nm. f Representación esquemática de las curvas de energía de adsorción para especies de Co en BP. Crédito: Comunicaciones de la naturaleza (2018). DOI:10.1038 / s41467-018-06337-4
Los científicos de la Universidad de Radboud descubrieron un nuevo mecanismo para el almacenamiento magnético de información en la unidad más pequeña de materia:un solo átomo. Si bien la prueba de principio se demostró a temperaturas muy bajas, este mecanismo es prometedor para el funcionamiento a temperatura ambiente. De este modo, será posible almacenar miles de veces más información que en los discos duros actuales. Sus hallazgos se publican hoy en Comunicaciones de la naturaleza .
Dado que nuestra arquitectura informática actual no es mucho más rápida y utiliza mucha energía, combinado con la creciente demanda de almacenar información, Los investigadores están interesados en nuevas estrategias para almacenar más información de forma energéticamente eficiente. Una vía potencial es almacenar información en el último límite de escala:un solo átomo. "Las computadoras han alcanzado limitaciones fundamentales en cuanto a cuánto pueden mejorar, creando una gran demanda en la investigación de materiales para alternativas. Las computadoras modernas usan mucha electricidad, actualmente demanda más del 5 por ciento de la electricidad mundial. La ciencia fundamental dice que podemos ganar mucho más en eficiencia energética. Nos centramos en un componente muy básico de las computadoras modernas:un poco de memoria. Usamos átomos, porque son la unidad más pequeña de materia y también nos permiten comprender mejor la ciencia fundamental detrás de su comportamiento. Nuestra pregunta actual:¿cómo podemos almacenar información dentro de un solo átomo y qué tan estable podemos hacer esa información? ", explica el primer autor Brian Kiraly.
Los átomos deben dejar de girar para almacenar información
Cuando bajes al nivel de un solo átomo, átomos que son magnéticos, ya no permanece estable. "Lo que define a un imán permanente es que tiene un polo norte y un polo sur, que permanece en la misma orientación, "Alexander Khajetoorians, profesor de microscopía de sonda de barrido, explica:"Pero cuando se reduce a un solo átomo, los polos norte y sur del átomo comienzan a girar y no saben en qué dirección deben apuntar, a medida que se vuelven extremadamente sensibles a su entorno. Si desea que un átomo magnético contenga información, no se puede voltear. Durante los últimos diez años, los investigadores han estado preguntando:para que el átomo deje de girar, cuántos átomos se necesitan para estabilizar el imán, y ¿cuánto tiempo puede retener la información antes de que se voltee de nuevo? En los últimos dos años, Los científicos de Lausana y de IBM Almaden han descubierto cómo evitar que el átomo se mueva, mostrando que un solo átomo puede ser un recuerdo. Para hacer esto, los investigadores tuvieron que utilizar 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 - fósforo negro semiconductor -, descubrieron una nueva forma de almacenar información dentro de átomos de cobalto individuales, que pasa por alto los problemas convencionales de inestabilidad. Usando un microscopio de túnel de barrido, donde una punta de metal afilada se mueve a través de su superficie a solo unos átomos de distancia, podían "ver" átomos de cobalto individuales en la superficie del fósforo negro. Debido a la resolución extremadamente alta y las propiedades especiales del material, demostraron directamente que los átomos de cobalto individuales podían manipularse en uno de dos estados de bits.
Mayor estabilidad que los imanes anteriores
Los electrones de un átomo orbitan alrededor del núcleo, pero también "gira" ellos mismos, al igual que la Tierra gira tanto alrededor del Sol como de 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 han utilizado investigadores anteriores, Descubrimos una manera 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 tiene una barrera de energía mucho más grande y podría ser viable para hacer que la memoria de un solo átomo sea estable a temperatura ambiente.
En el final, sigue siendo un imán con un momento angular, pero ahora podemos controlar el átomo de 0 a 1 estado, que tiene una estabilidad mucho mayor que otros imanes, ", dice Kiraly." Cuando realizamos el experimento por primera vez y vimos este cambio binario, no estábamos seguros de lo que estaba pasando. En una hermosa colaboración con 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, ", Añade Khajetoorian.
Almacena mil veces más información
Ahora, los elementos que almacenan los bits del disco duro son mil veces más grandes que un átomo. Khajetoorianos:"Lo que este trabajo significa es que, si pudiéramos construir un disco duro real a partir de todos estos átomos, y todavía estamos muy lejos de eso, podría almacenar miles de veces más información ".
