Dodici atomi per un bit: il dispositivo di stoccaggio magnetico più piccolo al mondo

Dodici atomi per un bit: il dispositivo di stoccaggio magnetico più piccolo al mondo

Un progetto di ricerca congiunto tra IBM e il German Center for Free-Electron Laser Science ha permesso di realizzare un dispositivo di stoccaggio dati delle dimensioni di pochi nanometri

di Andrea Bai pubblicata il , alle 15:51 nel canale Scienza e tecnologia
IBM
 

Grazie ad una collaborazione tra i ricercatori IBM e gli scienziati del German Center for Free-Electron Laser Science è stato possibile realizzare ciò che viene definito come la più piccola unità magnetica per lo stoccaggio di informazioni. I ricercatori hanno presentato il lavoro nell'edizione di questa settimana della rivista Science.

Si tratta di un dispositivo delle dimensioni di pochi nanometri che fa uso di dodici atomi per singolo bit, che permettono conseguentemente di rappresentare un byte di informazioni in 96 atomi. Per contestualizzare questi numeri basti pensare che un normale hard disk necessita di oltre mezzo miliardo di atomi per byte.

La nanoscopica unità di stoccaggio dati è stata realizzata costruendola letteralmente atomo per atomo con l'ausilio di un microscopio ad effetto tunnel (Scanning Tunneling Microscope - STM) in dotazione all'Almaden Research Center di IBM a San Jose. Grazie a questa strumentazione i ricercatori hanno avuto la possibilità di realizzare motivi regolari di atomi di ferro, allineandoli in file di sei atomi ciascuna. Sono necessarie due file, quindi dodici atomi, per stoccare un bit di informazione, ed un byte corrisponde a otto paia di file di atomi. Le dimensioni di questo dispositivo sono di appena 4 x 16 nanometri, dando così luogo ad una densità di stoccaggio dati considerevolmente superiore, nell'ordine delle centinaia di volte, rispetto ad un hard disk contemporaneo.

Le informazioni possono essere scritte e lette sull'unità mediante l'impiego dell'STM. Le coppie di atomi possono avere due stati magnetici, corrispondenti ai valori 0 e 1 di un bit. Impiegando una pulsazione elettrica tramite una punta dell'STM è possibile causare la fluttuazione tra una configurazone magnetica e l'altra mentre una pulsazione di inferione intensità consente di leggere la configurazione magnetica.

E' importante sottolineare che si tratta di un esperimento di laboratorio, lontano ancora diversi anni da una possibile concretizzazione nella realtà: per le operazioni di scrittura e lettura è infatti stato utilizzato il microscopio ad effetto tunnel ed i piccoli nanomagneti risultano essere stabili ad una temperatura di 5 K, corrispondente a -268 °C. Al di sopra di questa soglia le piccole strisce di ferro iniziano a variare stato magnetico in maniera casuale. Sebastian Loth, principale autore della pubblicazione, spiega che un array di 200 atomi potrebbe avere tutte le caratteristiche necessarie per mostrare la corretta stabilità a temperatura ambiente.

I materiali ferromagnetici che vengono comunemente utilizzati per la realizzazione di hard disk tradizionali mostrano però il fianco nel momento in cui la miniaturizzazione si spinge a tal punto da arrivare nel campo delle dimensioni atomiche. E' a queste dimensioni, infatti, che le interazioni magnetiche che si innescano tra i campi magnetici dei singoli bit possono andare a compromettere l'informazione stessa. La gestione dei bit magnetici su scala atomica è pertanto fondamentale per poter conservare l'informazione ed effettuare operazioni di computazione. Alle temperature a cui hanno lavorato i ricercatori, però, i materiali utilizzati mostrano una differente proprietà magnetica chiamata antiferromagnetismo che, in estrema sintesi, permette di neutralizzare le interazioni di campo magnetico tra i bit confinanti. In questo modo è stato possibile condensare le file di atomi portandole ad una distanza di appena un nanometro l'una dall'altra. Loth sottolinea che esistono inoltre numerose altre dimostrazioni sperimentali che hanno permesso di capire come poter mantenere le proprietà antiferromagnetiche anche a temperatura ambiente, in maniera tale che il dispositivo possa operare stabilmente anche a temperature più elevate.

Il team di ricercatori ha mostrato un approccio inverso alla miniaturizzazione: invece di provare a ridurre i componenti esistenti hanno iniziato a costruirne uno partendo dai singoli atomi. Commenta Loth: "Abbiamo capito passo passo quali dovevano essere le dimensioni minime per poter entrare nel regno della fisica classica. Al di sotto della soglia di 12 atomi che abbiamo individuato empiricamente, gli effetti quantistici vanno a compromettere l'informazione conservata". Se gli effetti quantistici possono in qualche modo essere impiegati a vantaggio delle operazioni di stoccaggio dell'informazione è attualmente un argomento di intensa ricerca.

Gli esperimenti condotti dai ricercatori hanno inoltre permesso di realizzare un perfetto banco di prova per capire dove si situa il confine tra la fisica classica e la fisica quantistica: "Abbiamo imparato a controllare gli effetti quantistici modificando forma e dimensioni delle file di atomi di ferro. Possiamo usare questa capacità per andare ad indagare sugli effetti che innescano la meccanica quantistica. Che cosa separa i magneti quantistici da quelli classici? Come si comportano i magneti al confine dei due mondi? Sono domande entusiasmanti a cui presto sarà possibile dare una risposta" ha concluso Loth.

15 Commenti
Gli autori dei commenti, e non la redazione, sono responsabili dei contenuti da loro inseriti - info
gianni187913 Gennaio 2012, 16:52 #1
pazzesco
birmarco13 Gennaio 2012, 16:58 #2
Buttate via i vostri SSD!
SpyroTSK13 Gennaio 2012, 17:39 #3
si ok, ottimo...si possono memorizzare dati su spazi minuscoli, ok...ma quando?
deggial13 Gennaio 2012, 18:01 #4
io 10 anni fa (seguendo il corso di chimica all'uni) avevo ipotizzato un bit per elettrone... cambio di orbita = cambio di bit

e anche informazione ternaria (o n-aria) anzichè binaria... tanti stati quanti sono le orbite possibili dell'elettrone...

praticamente hard disk atomici (che puoi usare anche per scopi bellici... li butti per terra e radi al suolo una città



vabbè torno al lavoro
hermanss13 Gennaio 2012, 18:56 #5
Alla faccia del bicarbonato di sodio
Ma questa IBM un brevetto qui, un altro lì (per non parlare del resto) e si fa i soldi.
emnlmn13 Gennaio 2012, 20:32 #6
Vedo che i miliardi investiti in ricerca e sviluppo continuano a dare i risultati sperati. Buono per ibm e per la tecnologia in generale
Ntropy13 Gennaio 2012, 22:16 #7
Originariamente inviato da: deggial
io 10 anni fa (seguendo il corso di chimica all'uni) avevo ipotizzato un bit per elettrone... cambio di orbita = cambio di bit

e anche informazione ternaria (o n-aria) anzichè binaria... tanti stati quanti sono le orbite possibili dell'elettrone...

praticamente hard disk atomici (che puoi usare anche per scopi bellici... li butti per terra e radi al suolo una città



vabbè torno al lavoro


Avevo letto qualcosa in passato in merito a questa cosa ma non applicata alla memorizzazione bensì ai calcoli e quindi cpu, come dici tu n-narie, e non solo binarie la cui base sarebbero i qubit http://it.wikipedia.org/wiki/Qubit si parlava all'epoca di cpu con velocità (in ordine di grandezza) anche 10 volte superiori a quelle attuali.

al momento però non ho idea quale sia lo stato di studio/sviluppo di tale tecnologie, di sicuro sono interessanti....
luposelva14 Gennaio 2012, 01:39 #8
Il risultato di questa ricerca è notevole, ma come altre troppo lontane da una realizzazione e produzione utile fruibile dalla massa in tempi ragionevoli e quindi sono destinate a finire nel dimenticatoio, è solo una prova di potenzialità e del know out di un azienda.
Fire-Dragon-DoL14 Gennaio 2012, 02:40 #9
Solo io leggevo Lolth (la dea ragno) ogni volta che c'era scritto Loth?

Vabbè apparte sta cavolata devo dire che la notizia è interessantissima, magari quando sarò vecchio riuscirò a vedere qualcosa di questa roba...
Natsu14 Gennaio 2012, 12:25 #10
Le nanotecnologie applicate all'informatica sono sempre molto affascinanti.
La ricerca procede a passi da gigante, non mi stupirebbe se questa tecnologia fosse adottata entro 10 anni.
IBM si conferma un'azienda cazzuta sotto ogni aspetto!

Devi effettuare il login per poter commentare
Se non sei ancora registrato, puoi farlo attraverso questo form.
Se sei già registrato e loggato nel sito, puoi inserire il tuo commento.
Si tenga presente quanto letto nel regolamento, nel rispetto del "quieto vivere".

La discussione è consultabile anche qui, sul forum.
 
^