A lei de Moore - a conhecida duplicação do poder computacional dos chips de computador a cada 18 meses ou mais - foi acompanhada por um aumento igualmente constante na capacidade de armazenamento das unidades de disco. Em 1980, um disco rígido pode armazenar cerca de meio megabyte de dados em uma polegada quadrada de espaço em disco; agora, os fabricantes estão se aproximando de um milhão de megabytes de dados por polegada quadrada.

Uma tecnologia experimental chamada memória molecular, que armazenaria dados em moléculas individuais, promete outro 1, Aumento de 000 vezes na densidade de armazenamento. Mas os esquemas anteriores de memória molecular dependiam de sistemas físicos resfriados quase ao zero absoluto. Na edição online de 23 de janeiro de Natureza , uma equipe internacional de pesquisadores liderada por Jagadeesh Moodera, um cientista pesquisador sênior do Departamento de Física do MIT e do Laboratório Francis Bitter Magnet do MIT, descreve um novo esquema de memória molecular que funciona em torno do ponto de congelamento da água - que no jargão da física conta como "temperatura ambiente".

Além disso, onde os esquemas anteriores exigiam ensanduichar as moléculas de armazenamento entre dois eletrodos ferromagnéticos, o novo esquema exigiria apenas um eletrodo ferromagnético. Isso poderia simplificar muito a fabricação, assim como a forma das próprias moléculas de armazenamento:porque consistem em folhas planas de átomos de carbono ligadas a átomos de zinco, eles podem ser depositados em camadas muito finas com arranjos muito precisos.

As moléculas de armazenamento foram desenvolvidas por químicos do Instituto Indiano de Educação Científica e Pesquisa em Calcutá, que são co-autores do artigo da Nature. Os químicos indianos acreditavam que as moléculas poderiam ser úteis para os tipos de dispositivos experimentais estudados pelo grupo de Moodera, que usam "spin, "uma propriedade de minúsculas partículas de matéria, para representar dados.

Meio sanduiche

Sob a supervisão de Moodera, Karthik Raman, em seguida, um estudante de PhD no Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais do MIT e agora um cientista no Laboratório de Pesquisa da IBM na Índia, e Alexander Kamerbeek, um estudante visitante da Universidade de Groningen, depositou uma película fina do material em um eletrodo ferromagnético e adicionou um segundo eletrodo ferromagnético no topo - a estrutura padrão para memórias magnéticas. A ideia é que uma mudança relativa nas orientações magnéticas dos eletrodos provoca um salto repentino na condutividade do dispositivo. Os dois estados de condutividade representam os 1s e 0s da lógica binária.

Para sua surpresa, Contudo, os pesquisadores do MIT mediram não um, mas dois saltos na condutividade. Isso implicava que os eletrodos estavam mudando a condutividade do dispositivo de forma independente. "De acordo com o conhecimento comum, isso não deveria acontecer, "Moodera diz.

Para confirmar sua intuição, os pesquisadores realizaram o experimento novamente, mas em vez de usar dois eletrodos ferromagnéticos, eles usaram um eletrodo ferromagnético e um eletrodo de metal comum, cujo único propósito era ler a corrente que passava pela molécula. De fato, eles descobriram que o salto na condutividade ainda ocorria.

Como explica Moodera, a capacidade de alterar a condutividade das moléculas com apenas um eletrodo poderia simplificar drasticamente a fabricação da memória molecular. O eletrodo inferior de uma célula de memória pode ser depositado em uma camada perfeitamente plana e as moléculas de armazenamento em camadas sobre ela. Mas se a próxima camada a ser depositada for o eletrodo superior, suas moléculas tendem a se misturar com as moléculas de armazenamento. Se o eletrodo for magnético, que a mistura pode comprometer o desempenho da célula; se for metálico, não vai.

Em um design alternativo, o eletrodo superior é uma ponta minúscula, como a ponta de um microscópio de força atômica, posicionado a menos de um nanômetro acima das moléculas de armazenamento. Mas novamente, um eletrodo magnético apresenta problemas - neste caso, limitando a densidade com que as células de armazenamento podem ser embaladas. Se eles estão muito próximos, uma ponta magnética pode alterar a orientação magnética das células adjacentes àquela que se destina a abordar. Isso não é uma preocupação com pontas não magnéticas.

Armazenamento empilhável

A forma das próprias moléculas também pode simplificar a fabricação da memória molecular. Tipicamente, memórias moleculares experimentais consistem em cinco ou seis camadas de moléculas ensanduichadas entre eletrodos. Se essas moléculas estiverem alinhadas corretamente, eles exibem grandes oscilações na condutividade, mas se não forem, eles não. Garantir o alinhamento adequado é outro processo trabalhoso.

As moléculas desenvolvidas pelos pesquisadores indianos, Contudo, consistem em átomos de zinco ligados a folhas planas de carbono, que naturalmente tendem a se alinhar. Os pesquisadores do MIT também mostraram que duas camadas das moléculas eram suficientes para produzir uma célula de memória. "Se você colocar um monte de moléculas entre os eletrodos, é mais difícil de controlar, "Moodera diz.

"O efeito de mudança próximo à temperatura ambiente é devido à forte interação da molécula com a superfície magnética, "Raman acrescenta." Isso torna a molécula magnética e a estabiliza. "

Jing Shi, professor de física da Universidade da Califórnia em Riverside, aponta aquela magnetorresistência gigante, o fenômeno físico descoberto em 1988 que é a base para a maioria dos dispositivos modernos de armazenamento de dados, ganhou seus descobridores o Prêmio Nobel de Física de 2007. Moodera, Raman, and their colleagues "found a new type of magnetoresistance, " Shi says. "This is very novel, because you don't need very complicated material structures." As a consequence, ele diz, "The fabrication process could be simpler and very flexible. You only have to prepare this interfacial layer with the desired properties; then you can, em princípio, recognize magnetoresistance."

"Obviamente, it has some way to go, " Shi adds, "but this is a proof of concept."

Moodera agrees. "This is only the tip of the tip of the iceberg, " he says. At present, the researchers' experimental setup exhibits only a 20 percent change in conductivity, which is probably not enough for a commercial device. Together with researchers at the Peter Grünberg Institute in Jülich, Alemanha, who are also co-authors on the Nature paper, Moodera, Raman, and Kamerbeek have developed a theoretical explanation for the unexpected phenomenon of single-electrode switching. But if they can fill in the gaps in their understanding, Moodera says, they can design new organic molecules that should exhibit higher swings in conductivity. "It's possible to control the shape of organic molecules, " Moodera says. "Every year, chemists come up with hundreds of thousands of them."

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.