Un disco duro del tamaño de un átomo

Un equipo de investigadores de IBM Research ha publicado un trabajo en la revista Nature acerca de la lectura y grabación de información en átomos individuales, algo que podría considerarse en cierto modo equivalente al almacenamiento de datos en un disco duro pero en una escala atómica mucho más pequeña que la que se utiliza hoy en día.

Para las pruebas utilizaron un microscopio de efecto túnel, uno de cuyos inventores trabaja para los laboratorios de IBM y ganó el premio Nobel de física en 1986. Se trata de un dispositivo capaz de tomar imágenes de estructuras entre 0,1 y 0,01 nanómetros (millonésimas de milímetro), una escala a la que los átomos individuales son perfectamente visibles. El efecto túnel emplea corriente eléctrica para medir las propiedades de los átomos que pasan junto a una punta conductora, y a la inversa, también puede utilizarse para manipular los átomos o, como ahora, para grabar información en átomos individuales de ciertos materiales.

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El resultado de la demostración indica que se pueden grabar y leer átomos de forma individual aunque estén separados entre sí tan solo un nanómetro. Se puede imaginar esta escala sabiendo que en 1 nm caben unos 10 átomos de hidrógeno en fila. Podría decirse que es mil veces más densa que la escala de los discos duros y memorias sólidas actuales.

Hasta ahora se habían realizado experimentos capaces de grabar bits en estructuras algo más grandes, entre 3 y 12 átomos. La nueva técnica emplea un elemento químico llamado holmio sobre una capa de óxido de magnesio y ha permitido bajar el listón hasta el átomo individual. Con el microscopio de efecto túnel se graba magnéticamente un bit en el átomo y la información se conserva durante varias horas, pudiendo recuperarse después.

Con el microscopio de efecto túnel se graba magnéticamente un bit en el átomo y la información se conserva durante varias horas, pudiendo recuperarse después

En las pruebas grabaron los cuatro estados posibles en dos átomos (00, 01, 10 y 11) para luego leerlos sin error. Y eso es exactamente lo que necesita un disco duro: “algo” sobre lo que grabar y leer bits y que conserve la información, propiedades que se cumplen en este experimento. “Gracias a esta estabilidad magnética y a la posibilidad de leer la información queda demostrado que se puede crear una memoria magnética en un solo átomo”, afirman en su trabajo. Sin embargo, no hay datos sobre la velocidad de lectura/escritura o el número de reescrituras que permitirían estos “discos duros atómicos”, factores importantes con respecto a comprobar cuán prácticos pueden resultar como productos comerciales.

Más allá de los discos duros actuales

Los discos duros convencionales actuales emplean unos 100.000 átomos para almacenar un solo bit, una cifra que puede parecer “mucho espacio desperdiciado” visto lo que se puede lograr con estas nuevas técnicas. En las unidades SSD (unidades de estado sólido, de memoria no volátil) se emplea memoria del tipo NAND Flash cuya versión más avanzada se fabrica actualmente en escalas de unos 10 o 20 nm, todavía muy por encima de los átomos individuales.

Esto podrá dar lugar a teléfonos o tabletas con una capacidad de almacenamiento mil veces mayor o discos duros de gran capacidad del tamaño del chip de una tarjeta de crédito

Pero estas innovadoras técnicas no son en la actualidad precisamente prácticas: requieren instrumentos complicados, precisos y caros, algo en lo que todavía no puede competir con los cabezales magnéticos de los discos duros o con los chips NAND Flash de memoria convencionales. Aun así los científicos de IBM se muestran satisfechos con sus posibilidades conceptuales y creen que a la compañía también puede venirle muy bien para el desarrollo de sus computadoras cuánticas.

Ahora queda mucho trabajo de ingeniería para convertirlo en algo práctico a gran escala, que pueda desarrollarse a nivel industrial. Esto supondría poder almacenar muchísima más información en el mismo espacio: se pueden imaginar dispositivos como los actuales teléfonos o tabletas con una capacidad de almacenamiento mil veces mayor o discos duros de gran capacidad pero del tamaño del chip de una tarjeta de crédito.