Cientistas da IBM Armazenam Bit de Dados em Um Único Átomo — Avanço em Memória Ultra-Miniaturizada

Imagine caber toda a biblioteca do iTunes de 35 milhões de músicas em um dispositivo do tamanho de um cartão de crédito. Embora ainda seja um sonho, um estudo recente da IBM Research-Almaden em San Jose, Califórnia, nos aproxima dessa realidade. Publicado na Nature, a pesquisa mostra como ler e escrever um bit de dados em um único átomo — notavelmente, um disco rígido inteiro usa 100.000 a um milhão de átomos para um único bit.

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

Como Funciona

Bits — as unidades fundamentais de informação — só podem assumir valores 0 ou 1, como um interruptor de luz. Determinar o número mínimo de átomos necessários para criar um bit magnético confiável tem sido um desafio de longa data. Neste estudo, a equipe projetou o menor ímã já feito: um único átomo de hólmio. Fixado em uma superfície de óxido de magnésio, os polos norte e sul do átomo permanecem alinhados de forma estável mesmo quando ímãs vizinhos interferem. Essas duas orientações definem o 0 e 1 do bit.

Um microscópio de tunelamento (STM) personalizado, inventado pela IBM e vencedor do Nobel, fornece uma corrente focalizada que inverte a orientação magnética do átomo, permitindo a operação de "escrita". O mesmo STM mede a corrente magnética resultante para ler o valor do bit. Essa capacidade dual de leitura/escrita marca um marco significativo na tecnologia de memória em escala atômica.

Conheça os Pesquisadores

Christopher Lutz, pesquisador de nanociência da IBM, usa o STM para gravar dados no menor ímã do mundo.

Christopher Lutz, físico com formação em ciência da computação, há muito é pioneiro em manipulação em escala atômica. Após um breve hiato de seu programa de doutorado na UC Santa Cruz, juntou-se à IBM Research-Almaden em 1985, onde construiu um computador paralelo para simular física atômica. Colaborando com o laureado Nobel Don Eigler e depois com Andreas Heinrich, Lutz liderou mais de 25 anos de pesquisa inovadora, incluindo a criação do menor filme do mundo, "A Boy and His Atom".

"Vejo o mundo como uma série de computações", explica Lutz. "Ao arranjar átomos com precisão de nanômetro, podemos construir portas lógicas e, como mostrado neste estudo, um único átomo pode armazenar confiavelmente um bit de dados."

O pesquisador pós-doutoral Kai Yang, originalmente de uma pequena cidade na China, juntou-se à equipe após ser guia voluntário durante uma visita da IBM. Ele relembra como o projeto esteve perto do fracasso: após um mês de tentativas frustradas de detectar dois estados magnéticos estáveis, a equipe enfrentava prazo de seis semanas. Trabalhando dia e noite, finalmente tiveram sucesso às 4 da manhã com uma técnica inovadora de pulso de corrente, resultado publicado na Nature.

Cientistas nanocientistas da IBM Christopher Lutz (esquerda) e Kai Yang (direita) na IBM Research-Almaden.

Graças a este trabalho, Yang foi reconhecido como um dos 35 Inovadores Sub-35 da MIT Technology Review e agora atua como pesquisador pós-doutoral na IBM.

Olhando para o futuro, a equipe continua explorando o magnetismo de átomos individuais e suas interações. Ao arranjar átomos em novas estruturas em superfícies, eles empregam ressonância de spin de átomo único — técnica inspirada em MRI — para sondar propriedades magnéticas em resolução sem precedentes.

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