p (PhysOrg.com) - Na semana passada, pesquisadores da IBM publicaram uma técnica inovadora no jornal revisado por pares Ciência que mede quanto tempo um único átomo pode conter informações, e dando aos cientistas a capacidade de registrar, estudar e "visualizar" fenômenos extremamente rápidos dentro desses átomos. p Assim como as primeiras imagens em movimento transmitiam movimento por meio da fotografia de alta velocidade, cientistas da IBM Research - Almaden estão usando o Microscópio de Túnel de Varredura como uma câmera de alta velocidade para registrar o comportamento de átomos individuais a uma velocidade cerca de um milhão de vezes mais rápida do que antes. Os pesquisadores da IBM em Zurique inventaram o Microscópio de Túnel de Varredura em 1981 e foram agraciados com o Prêmio Nobel.

p Por mais de duas décadas, os cientistas da IBM têm expandido os limites da ciência usando o Microscópio de Varredura de Túnel para compreender as propriedades fundamentais da matéria em escala atômica, com vasto potencial para inovação revolucionária em armazenamento e computação de informações.

p A capacidade de medir fenômenos rápidos em nanossegundos abre um novo reino de experimentos para os cientistas, já que agora eles podem adicionar a dimensão do tempo aos experimentos nos quais ocorrem mudanças extremamente rápidas. Para colocar isso em perspectiva, a diferença entre um nanossegundo e um segundo é quase a mesma comparação que um segundo a 30 anos. Uma imensa quantidade de física acontece durante esse tempo que os cientistas anteriormente não podiam ver.

p "Esta técnica desenvolvida pela equipe de pesquisa da IBM é um novo recurso muito importante para caracterizar pequenas estruturas e entender o que está acontecendo em escalas de tempo rápidas, "disse Michael Crommie, Universidade da Califórnia, Berkeley. "Estou particularmente animado com a possibilidade de generalizá-lo para outros sistemas, como fotovoltaicos, onde uma combinação de alta resolução espacial e de tempo nos ajudará a entender melhor vários processos em nanoescala importantes para a energia solar, incluindo absorção de luz e separação de carga. "

p Além de permitir que os cientistas entendam melhor os fenômenos em nanoescala em células solares, esta descoberta pode ser usada para estudar áreas como:

p • Computação quântica. Os computadores quânticos são um tipo radicalmente diferente de computador - não vinculado à natureza binária dos computadores tradicionais - com potencial para realizar cálculos avançados que não são possíveis hoje. Com a descoberta de hoje, os cientistas terão uma nova maneira poderosa de explorar a viabilidade de uma nova abordagem para a computação quântica por meio de spins atômicos em superfícies.

p • Tecnologias de armazenamento de informações. Conforme a tecnologia se aproxima da escala atômica, os cientistas têm explorado os limites do armazenamento magnético. Esta descoberta permite que os cientistas "vejam" as propriedades eletrônicas e magnéticas de um átomo e explorem se as informações podem ou não ser armazenadas de forma confiável em um único átomo.

p Como funciona

p Uma vez que a rotação magnética de um átomo muda muito rápido para medir diretamente usando as técnicas de microscópio de varredura de túnel disponíveis anteriormente, o comportamento dependente do tempo é registrado estroboscopicamente, de uma maneira semelhante às técnicas usadas pela primeira vez na criação de filmes, ou como na fotografia de lapso de tempo hoje.

p Usando uma técnica de medição "bomba-sonda", um pulso de voltagem rápido (o pulso da bomba) excita o átomo e um pulso de voltagem mais fraco subsequente (o pulso da sonda) mede então a orientação do magnetismo do átomo em um determinado momento após a excitação. Em essência, o atraso de tempo entre a bomba e a sonda define o tempo de quadro de cada medição. Esse atraso é então variado passo a passo e o movimento magnético médio é registrado em pequenos incrementos de tempo. Para cada incremento de tempo, os cientistas repetem os pulsos de voltagem alternada cerca de 100, 000 vezes, que leva menos de um segundo.

p No experimento, átomos de ferro foram depositados em uma camada isolante de apenas um átomo de espessura e apoiados em um cristal de cobre. Esta superfície foi selecionada para permitir que os átomos sejam sondados eletricamente enquanto retêm seu magnetismo. Os átomos de ferro foram então posicionados com precisão atômica ao lado de átomos de cobre não magnéticos, a fim de controlar a interação do ferro com o ambiente local dos átomos próximos.

p As estruturas resultantes foram então medidas na presença de diferentes campos magnéticos para revelar que a velocidade com que mudam sua orientação magnética depende sensivelmente do campo magnético. Isso mostrou que os átomos relaxam por meio de tunelamento mecânico quântico do momento magnético do átomo, um processo intrigante pelo qual o magnetismo do átomo pode inverter sua direção sem passar por orientações intermediárias. Esse conhecimento pode permitir que os cientistas projetem a vida magnética dos átomos para torná-los mais longos (para reter seu estado magnético) ou mais curtos (para mudar para um novo estado magnético), conforme necessário para criar dispositivos spintrônicos futuros.

p “Essa descoberta nos permite - pela primeira vez - entender por quanto tempo as informações podem ser armazenadas em um átomo individual. Além disso, a técnica tem um grande potencial porque é aplicável a muitos tipos de física que acontecem em nanoescala, ”Disse Sebastian Loth, IBM Research. “O investimento contínuo da IBM em ciência exploratória e fundamental nos permite explorar o grande potencial da nanotecnologia para o futuro da indústria de TI.”