(PhysOrg.com) - La semana pasada, investigadores de IBM publicaron una técnica innovadora en la revista revisada por pares. Ciencias que mide cuánto tiempo un solo átomo puede contener información, y dar a los científicos la capacidad de registrar estudiar y "visualizar" fenómenos extremadamente rápidos dentro de estos átomos.

Así como las primeras películas transmitían movimiento a través de fotografías de alta velocidad, Los científicos de IBM Research - Almaden están utilizando el microscopio de túnel de barrido como una cámara de alta velocidad para registrar el comportamiento de átomos individuales a una velocidad aproximadamente un millón de veces más rápida de lo que era posible anteriormente. Los investigadores de IBM en Zurich inventaron el Microscopio de Túnel de Barrido en 1981 y fueron galardonados con el Premio Nobel.

Durante más de dos décadas, los científicos de IBM han superado los límites de la ciencia utilizando el microscopio de túnel de barrido para comprender las propiedades fundamentales de la materia a escala atómica. con un gran potencial para la innovación revolucionaria en el almacenamiento de información y la computación.

La capacidad de medir fenómenos de nanosegundos rápidos abre un nuevo ámbito de experimentos para los científicos, ya que ahora pueden agregar la dimensión del tiempo a los experimentos en los que ocurren cambios extremadamente rápidos. Para poner esto en perspectiva, la diferencia entre un nanosegundo y un segundo es aproximadamente la misma comparación que entre un segundo y 30 años. Durante ese tiempo ocurre una inmensa cantidad de física que los científicos antes no podían ver.

"Esta técnica desarrollada por el equipo de investigación de IBM es una nueva capacidad muy importante para caracterizar estructuras pequeñas y comprender lo que está sucediendo en escalas de tiempo rápidas, "dijo Michael Crommie, Universidad de California, Berkeley. "Estoy particularmente emocionado por la posibilidad de generalizarlo a otros sistemas, como la fotovoltaica, donde una combinación de alta resolución espacial y temporal nos ayudará a comprender mejor varios procesos a nanoescala importantes para la energía solar, incluida la absorción de luz y la separación de cargas ".

Además de permitir a los científicos comprender mejor los fenómenos a nanoescala en las células solares, este avance podría utilizarse para estudiar áreas como:

• Computación cuántica. Las computadoras cuánticas son un tipo de computadora radicalmente diferente, que no está ligada a la naturaleza binaria de las computadoras tradicionales, con el potencial de realizar cálculos avanzados que no son posibles en la actualidad. Con el avance de hoy, Los científicos tendrán una nueva y poderosa forma de explorar la viabilidad de un enfoque novedoso de la computación cuántica a través de giros atómicos en superficies.

• Tecnologías de almacenamiento de información. A medida que la tecnología se acerca a la escala atómica, Los científicos han estado explorando los límites del almacenamiento magnético. Este avance permite a los científicos "ver" las propiedades electrónicas y magnéticas de un átomo y explorar si la información se puede almacenar de manera confiable en un solo átomo.

Cómo funciona

Dado que el giro magnético de un átomo cambia demasiado rápido para medirlo directamente utilizando técnicas de microscopio de túnel de barrido disponibles anteriormente, el comportamiento dependiente del tiempo se registra estroboscópicamente, de una manera similar a las técnicas utilizadas por primera vez en la creación de películas, o como en la fotografía de lapso de tiempo de hoy.

Usando una técnica de medición de "bomba-sonda", un pulso de voltaje rápido (el pulso de la bomba) excita el átomo y un pulso de voltaje más débil subsecuente (el pulso de la sonda) luego mide la orientación del magnetismo del átomo en un cierto tiempo después de la excitación. En esencia, el retardo de tiempo entre la bomba y la sonda establece el tiempo de marco de cada medición. Luego, este retraso se varía paso a paso y el movimiento magnético promedio se registra en pequeños incrementos de tiempo. Por cada incremento de tiempo, los científicos repiten los pulsos de voltaje alterno alrededor de 100, 000 veces, que tarda menos de un segundo.

En el experimento, Los átomos de hierro se depositaron sobre una capa aislante de solo un átomo de espesor y se apoyaron sobre un cristal de cobre. Esta superficie fue seleccionada para permitir que los átomos sean sondeados eléctricamente mientras retienen su magnetismo. Luego, los átomos de hierro se colocaron con precisión atómica junto a los átomos de cobre no magnéticos para controlar la interacción del hierro con el entorno local de los átomos cercanos.

Las estructuras resultantes se midieron luego en presencia de diferentes campos magnéticos para revelar que la velocidad a la que cambian su orientación magnética depende sensiblemente del campo magnético. Esto mostró que los átomos se relajan por medio de un túnel mecánico cuántico del momento magnético del átomo, un proceso intrigante por el cual el magnetismo del átomo puede invertir su dirección sin pasar por orientaciones intermedias. Este conocimiento puede permitir a los científicos diseñar la vida útil magnética de los átomos para hacerlos más largos (para retener su estado magnético) o más cortos (para cambiar a un nuevo estado magnético) según sea necesario para crear futuros dispositivos espintrónicos.

“Este avance nos permite, por primera vez, comprender cuánto tiempo se puede almacenar la información en un átomo individual. Más allá de esto, la técnica tiene un gran potencial porque es aplicable a muchos tipos de física que ocurren en la nanoescala, "Dijo Sebastian Loth, IBM Research. "La inversión continua de IBM en ciencia exploratoria y fundamental nos permite explorar el gran potencial de la nanotecnología para el futuro de la industria de TI".