Primer kilobyte atómico

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Una colaboración entre investigadores del grupo de Sander Otte en  la Universidad de Delft (Holanda),  y los  investigadores españoles  y socios del GEFES,  José Luis Lado y Joaquín Fernández Rossier, del International Iberian Nanotechnology Laboratory (Portugal) y de la Universidad de Alicante (UA),  ha hecho posible la fabricación de un prototipo de memoria digital con bits de escala atómica que multiplica la densidad de almacenamiento comercial por un factor 500.

Cada día se crean miles de millones de gigabytes de información digital. Por tanto, es deseable reducir el espacio físico que ocupa cada bit individual de información. Un equipo de científicos de la Universidad de Delft, en colaboración con físicos teóricos (INL, UA) han llevado esta reducción a un nuevo record: una memoria de 1 kilobytes (8000 bits), donde cada bit es representado por la posición de una único átomo de Cloro.   El prototipo bate varios records.  La densidad de almacenamiento lograda permitiría almacenar todos los libros creados hasta ahora en la historia de la humanidad en un sello. Es, de lejos, la mayor memoria jamás construida en el que los bits son átomos individuales, ya que tiene más de 8 mil bits (1kilobyte) . Por tanto, es la memoria de un kilobyte más pequeña que se ha construido hasta la fecha.

El sistema.   El sistema  empleado para hacer el kilobyte atómico es una superficie de Cobre, en la dirección 100,  en la que se evaporan átomos de cloro, que forman una red bidimensional cuadrada casi perfecta, ya que en algunas posiciones de la red hay vacantes, es decir, no hay átomo de cloro. Estas vacantes tienen dos propiedades muy convenientes para almacenar información.   En primer lugar, son muy estables. A 77 Kelvin,  permanecen varias horas  sin migrar.   Por otro lado, aplicándoles un pulso eléctrico con un microscopio de efecto túnel,  es muy fácil mover las vacantes.

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El método para almacenar información digital con este sistema es el siguiente.  Dada una pareja de sitios de la red cuadrada, en los que hay un átomo de cloro y una vacante, la posición de la vacante define un bit. Si está arriba, tenemos un ‘0’, y si está abajo un ‘1’. En la figura vemos 1 byte, o sea 8 bits, construidos usando este principio, separados por columnas con 2 átomos de cloro (puntos azul claro).

Feynman  En 1959, el físico norteamericano Richard Feynman dio una charla visionaria en la que expuso el enorme potencial que podría proporcionar la miniaturización de los sistemas de almacenaje de información . En su famosa charla “There’s Plenty of Room at the Bottom” (“Hay mucho sitio al fondo”), Feynman especuló sobre la posibilidad de almacenar información átomo a átomo.      Los autores de este trabajo  eligieron el siguiente extracto de la charla para escribir del primer kilobyte atómico:

“But I am not afraid to consider the final question as to whether, ultimately – in the great future – we can arrange the atoms the way we want; the very atoms, all the way down! What would happen if we could arrange the atoms one by one the way we want them (within reason, of course; you can’t put them so that they are chemically unstable, for example).

Up to now, we have been content to dig in the ground to find minerals. We heat them and we do things on a large scale with them, and we hope to get a pure substance with just so much impurity, and so on. But we must always accept some atomic arrangement that nature gives us. We haven’t got anything, say, with a “checkerboard” arrangement, with the impurity atoms exactly arranged 1,000 angstroms apart, or in some other particular pattern. There is Plenty of Room at the bottom. R.  P. Feynman. December 29th, 1959″.

Este trabajo ha sido publicado en la revista Nature Nanotechnology, y ha recibido una gran atención mediática ( The EconomistWall Street Journal,  BBCDer Spiegel,  El País,  El Mundo) y en publicaciones científicas como (Science, Nature, Nature Nanotechnology,  Physics Today) .