Como eles fizeram isso:Conheça os nanocientistas IBM que armazenaram dados em um único átomo

Imagine armazenar toda a biblioteca do iTunes de 35 milhões de músicas em um dispositivo do tamanho de um cartão de crédito. Embora ainda não seja possível, pode ser um dia - graças a um estudo recente feito por nanocientistas da IBM Research - Almaden em San Jose, Califórnia, que foi publicado na Nature . No artigo, os nanocientistas demonstraram a capacidade de ler e escrever um bit de dados em um átomo . Para efeito de comparação, as unidades de disco rígido de hoje usam de 100.000 a um milhão de átomos para armazenar um único bit de informação.

Um único átomo de hólmio, um elemento de terra rara, é usado como o menor ímã do mundo para armazenar um bit de dados.

Como funcionou

A informação mais básica que um computador entende é um pouco. Muito parecido com uma luz que pode ser ligada ou desligada, um bit pode ter apenas um de dois valores:1 ou 0. Até agora, não se sabia quantos átomos seriam necessários para construir um bit de memória magnética confiável.

Neste estudo, os nanocientistas criaram o menor ímã do mundo, um único átomo. Semelhante a um ímã em uma geladeira, este tinha um pólo magnético norte e sul, mas consistia em apenas um único átomo do elemento hólmio. O único átomo de hólmio estava ligado a uma superfície cuidadosamente escolhida, óxido de magnésio, que fazia seus pólos norte e sul se manterem em uma direção estável mesmo quando perturbados, por exemplo, por outros ímãs próximos. As duas orientações magnéticas estáveis ​​definiram o 1 e o 0 do bit. Uma agulha de metal afiada de um microscópio personalizado (o microscópio de varredura de túnel de varredura inventado pela IBM e ganhador do prêmio Nobel) introduziu uma corrente que inverteu os pólos magnéticos norte e sul do átomo e, portanto, mudou-o entre 1 e 0. Isso correspondeu ao “ processo de gravação em uma unidade de disco rígido. Os nanocientistas da IBM poderiam então medir a corrente magnética que passa pelo átomo para determinar se seu valor era 1 ou 0. Esse era o processo de “leitura”.

Conheça os pesquisadores

Christopher Lutz , Pesquisador de nanociência da IBM, usando o microscópio inventado pela IBM e ganhador do prêmio Nobel para armazenar dados no menor ímã do mundo.

Christopher Lutz conhece bem a inovação. Aos nove anos, ele declarou aos pais, ambos artistas:“Acho que vou ser físico”.

Mesmo assim, Chris começou sua carreira acadêmica como cientista da computação. Em 1985, sem dinheiro e energia, Chris tirou uma licença de seu programa de doutorado da UC Santa Cruz e arriscou um emprego de verão na IBM Research - Almaden. Chris construiu um computador paralelo para simular a física dos átomos, satisfazendo sua missão de infância. Por fim, Chris se juntou ao renomado nanocientista e colega da IBM, Don Eigler. Mais tarde acompanhado por Andreas Heinrich, agora no Center for Quantum Nanoscience em Seul, eles publicaram uma série de pesquisas ao longo dos últimos 25 anos que empregaram sua capacidade de mover átomos individuais. Eles também criaram o menor filme do mundo, apelidado de "A Boy and His Atom", uma animação em stop-motion usando uma sequência de imagens montadas a partir de átomos individuais.

A paixão de Chris pela nanociência vem de sua perspectiva única do mundo. “Quando vejo o mundo, vejo uma série de cálculos”, disse Chris. “Por exemplo, uma folha que cai de uma árvore realiza muitos cálculos no processo de queda. Em uma escala grosseira, seu movimento leva em consideração a atração da gravidade e a resistência do ar para determinar a velocidade de queda. Olhe mais de perto e os movimentos dos átomos realizam cálculos intrincados para seguir as leis da física. Meu trabalho na IBM se concentra em encontrar maneiras de entender os padrões no minúsculo mundo dos átomos e como direcioná-los para fazer os cálculos que desejamos. Por exemplo, criamos as menores portas lógicas interconectadas do mundo usando arranjos precisos de moléculas. Neste estudo mais recente, um único átomo executou uma parte essencial da computação:armazenar alguns dados para nós. ”

Até o momento, Chris publicou dezenas de estudos de nanociência, vários dos quais fizeram parte dos currículos universitários em todo o mundo. Kai Yang, um pesquisador de pós-doutorado da IBM, que agora trabalha com Chris, sabe disso em primeira mão. Originalmente de uma pequena cidade na China, Kai estudou a pesquisa de nanociência da IBM em sua universidade local. A certa altura, quando soube que membros da equipe de nanociências da IBM Research estavam visitando o campus de sua faculdade, ele

Nanocientistas IBM Christopher Lutz (à esquerda) e Kai Yang (à direita) na IBM Research - Almaden em San Jose, Califórnia.

Ansiosamente se ofereceu para servir como guia turístico da equipe no campus para que ele pudesse se familiarizar com seus heróis de livros didáticos. Essa turnê levou Kai a conseguir um estágio no laboratório de Almaden da IBM Research, onde trabalhou com Chris Lutz e a equipe no estudo de átomo um-a-um-bit.

De acordo com Kai, este foi o estudo de pesquisa que quase não foi. Após um mês tentando medir duas orientações magnéticas estáveis ​​dos átomos de hólmio, a equipe ainda não havia conseguido. A equipe se deu seis semanas para provar que o átomo de hólmio é um bit magnético estável - caso contrário, o estudo seria concluído. Convencido de que ele poderia fazer isso acontecer, Kai e sua equipe, incluindo o cientista visitante Fabian Natterer, literalmente trabalharam no laboratório dia e noite para mostrar que isso poderia ser feito no prazo iminente. Finalmente, às 4h da manhã no laboratório, a equipe conseguiu demonstrar as duas orientações magnéticas estáveis ​​de um único átomo de hólmio. A chave era perceber que o átomo era tão estável que eles tinham que alterná-lo ativamente entre os estados, passando um pulso de corrente elétrica por ele. Este foi o resultado que eles finalmente publicaram na Nature .

“Estou feliz que não desistimos”, disse Kai, que foi recentemente contratado pela IBM como pesquisador de pós-doutorado e nomeado para a lista de 35 inovadores com menos de 35 do MIT Tech Review com base em seu trabalho marcante.

Os nanocientistas da IBM continuam a explorar o magnetismo de átomos individuais e as maneiras como eles interagem, organizando-os precisamente em uma superfície em estruturas que não existiriam de outra forma. As propriedades magnéticas são detectadas usando sua nova técnica poderosa de ressonância de spin de átomo único, que usa a mesma física da imagem de ressonância magnética, mas aplicada a átomos individuais.



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