Adsorção e comutação de Co no BP. uma espécie Six Co em BP como depositada em T <5 K (Vs =−400 mV, It =20 pA, barra de escala =1 nm). Os átomos em caixas mostram espécies relacionadas através do plano do espelho ao longo de [010]. b Quatro átomos de a foram trocados por JH, baixo (Vs =−400 mV, It =20 pA, barra de escala =1 nm). c Dois átomos de b foram trocados em JH, alto (Vs =−400 mV, It =20 pA, barra de escala =1 nm). d Mudando características de JH, baixo para JH, alto com Vs =420 mV e e JH, alto para JH, baixo com Vs =-680 mV. Vieses de limiar aproximados para comutação (Vth) são anotados. Círculos laranja indicam a posição da ponta durante a sequência de comutação. As imagens inseridas que mostram as configurações antes e depois têm 4 nm x 4 nm de tamanho. f Representação esquemática das curvas de energia de adsorção para espécies de Co no BP. Crédito: Nature Communications (2018). DOI:10.1038 / s41467-018-06337-4
Cientistas da Radboud University descobriram um novo mecanismo para armazenamento magnético de informações na menor unidade da matéria:um único átomo. Embora a prova de princípio tenha sido demonstrada em temperaturas muito baixas, este mecanismo é promissor para operação em temperatura ambiente. Desta maneira, será possível armazenar milhares de vezes mais informações do que nos discos rígidos atuais. Suas descobertas foram publicadas hoje em Nature Communications .
Como nossa arquitetura de computação atual não está ficando muito mais rápida e usando muita energia, combinada com as crescentes demandas para armazenar informações, pesquisadores estão interessados em novas estratégias para armazenar mais informações de forma eficiente em termos de energia. Um caminho potencial é armazenar informações no limite de escala final:um único átomo. "Os computadores alcançaram limitações fundamentais quanto ao quanto podem melhorar, criando uma enorme demanda na pesquisa de materiais para alternativas. Os computadores modernos usam muita eletricidade, atualmente demandando mais de 5% da eletricidade mundial. A ciência fundamental diz que podemos ganhar muito mais em eficiência energética. Estamos nos concentrando em um componente muito básico dos computadores modernos:um pouco de memória. Usamos átomos, porque eles são a menor unidade da matéria e também nos permitem entender melhor a ciência fundamental por trás de seu comportamento. Nossa pergunta atual:como podemos armazenar informações em um único átomo e quão estável podemos tornar essa informação? ", o primeiro autor Brian Kiraly explica.
Os átomos precisam parar de girar para armazenar informações
Quando você desce para o nível de um único átomo, átomos que são magnéticos, não permanecem mais estáveis. "O que define um ímã permanente é que ele tem um pólo norte e um pólo sul, que permanece na mesma orientação, "O professor de Microscopia de Sondagem de Varredura Alexander Khajetoorians explica, "Mas quando você chega a um único átomo, os pólos norte e sul do átomo começam a virar e não sabem para que direção devem apontar, pois eles se tornam extremamente sensíveis ao ambiente. Se você quiser que um átomo magnético contenha informações, não pode virar. Nos últimos dez anos, os pesquisadores têm perguntado:para que o átomo pare de girar, quantos átomos são necessários para estabilizar o ímã, e por quanto tempo ele pode conter as informações antes de virar novamente? Nos últimos dois anos, cientistas em Lausanne e na IBM Almaden descobriram como evitar que o átomo vire, mostrando que um único átomo pode ser uma memória. Para fazer isso, pesquisadores tiveram que usar temperaturas muito baixas, 40 Kelvin ou -233 graus Celsius. Esta tecnologia é limitada a temperaturas extremamente baixas. "
Cientistas da Radboud University adotaram uma abordagem diferente. Ao escolher um substrato especial - fósforo preto semicondutor -, eles descobriram uma nova maneira de armazenar informações em átomos de cobalto simples, que contorna os problemas convencionais com instabilidade. Usando um microscópio de tunelamento de varredura, onde uma ponta de metal afiada se move através de sua superfície a apenas alguns átomos de distância, eles podiam "ver" átomos de cobalto na superfície do fósforo preto. Por causa da resolução extremamente alta e das propriedades especiais do material, eles mostraram diretamente que os átomos de cobalto simples podem ser manipulados em um dos dois estados de bit.
Maior estabilidade do que os ímãs anteriores
Os elétrons em um átomo orbitam ao redor do núcleo, mas também "gira" a si próprios, muito parecido com a rotação da Terra em torno do Sol e de seu próprio eixo. A quantidade total que gira, ou seu momento angular, é o que nos dá magnetismo. "Em vez deste momento angular de rotação, que pesquisadores anteriores usaram, descobrimos uma maneira de fazer a diferença de energia entre alguns orbitais do átomo de cobalto e agora usamos o momento angular orbital para nossa memória atômica. Isso tem uma barreira de energia muito maior e pode ser viável para tornar a memória de um átomo estável em temperatura ambiente.
No fim, ainda é um ímã com um momento angular, mas agora somos capazes de controlar o átomo de 0 a 1 estado, que tem uma estabilidade muito maior do que outros ímãs, "diz Kiraly." Quando conduzimos o experimento pela primeira vez e vimos essa troca binária, não tínhamos certeza do que estava acontecendo. Em uma bela colaboração com teóricos da Radboud University, Misha Katsnelson e Sasha Rudenko, pudemos apontar que estávamos observando o momento orbital do átomo e criamos uma nova memória, "Khajetoorians acrescenta.
Armazene mil vezes mais informações
Agora mesmo, os elementos que armazenam os bits do disco rígido ainda são mil vezes maiores que um átomo. Khajetoorianos:"O que este trabalho significa é que, se pudéssemos construir um disco rígido real com todos esses átomos - e ainda estamos muito longe disso - você poderia armazenar milhares de vezes mais informações. "
