El disco duro más pequeño del mundo escribe información con átomos

En 1959, el físico estadounidense Richard Feynman pronunció su famosa conferencia There’s plenty of room at the bottom (‘Hay mucho sitio al fondo) donde planteó que si tuviéramos una plataforma en la que se pudieran organizar los átomos individuales en un patrón ordenado, sería posible almacenar una pieza de información en un átomo.

Ahora su sueño se ha hecho realidad. Un equipo de científicos del Instituto Kavli de Nanociencia de la Universidad de Delft (Países Bajos) ha logrado construir una memoria de 1 kilobyte (8.000 bits), donde cada bit está representado por la posición de un solo átomo de cloro sobre una superficie de cobre.  

Además, en honor al visionario Feynman, los investigadores han codificado unos párrafos de la conferencia de Feynman en un espacio de 100 nanómetros de ancho. Para ello han utilizado un microscopio de efecto túnel (STM), cuya punta es capaz observar los átomos y moverlos de uno a uno al lugar deseado.

"Se podría comparar a un puzzle", explica Sander Otte, el científico que lidera la investigación, publicada esta semana en Nature Nanotechnology. "Cada bit consiste en dos posiciones sobre la superficie de átomos de cobre, de tal forma que un átomo de cloro se puede deslizar hacia atrás y adelante entre estas dos posiciones”.

“Si el átomo de cloro está en la posición superior, hay un agujero debajo de ella, y correspondería a un bit 1 –añade el experto–. Si el orificio está en la posición superior y, por tanto, el átomo de cloro está en la parte inferior, entonces el bit es un 0".

Como los átomos de cloro están rodeados por otros átomos del mismo elemento, excepto cerca de los agujeros, se mantienen en su lugar. Por este motivo el método de los huecos es mucho más estable que otros anteriores con átomos sueltos, además de ser más adecuado para el almacenamiento de datos, según los autores.

Cada día se generan más de mil millones de gigabytes de nuevos datos en nuestra sociedad tecnológica, y para almacenar tanta información cada vez es más importante que cada bit ocupe el menor espacio posible. Los científicos del Instituto Kavli han logrado llevar esa reducción al límite: construir una memoria de 1 kilobyte (8.000 bits), donde cada bit está representado por la posición de un solo átomo de cloro.

"En teoría, esta densidad de almacenamiento permitiría que todos los libros que ha sido creados por la humanidad pudieran ser escritos en un solo sello de correos", destaca Otte.

En concreto, los científicos llegaron a una densidad de almacenamiento de 500 terabits por pulgada cuadrada (Tbpsi), 500 veces mayor que la del mejor disco duro comercial disponible actualmente.

Una de las limitaciones del dispositivo es que opera a temperaturas muy bajas, pero también mejora lo conseguido hasta ahora. Hoy se necesitan temperaturas en el rango del helio liquido (4 grados kelvin) para configuraciones estables, y la modificación de la posición de un solo átomo requiere la regeneración de toda la superficie de trabajo.

Sin embargo, Otte y sus colegas, entre los que figura el español Joaquín Fernández-Rossier, han logrado preservar las posiciones de más de 8.000 vacantes de cloro (donde faltan átomos) durante más de 40 horas a 77 grados Kelvin. Al definir un alfabeto binario basado en posiciones de vacantes o puestos libres, se pueden almacenar sobre la superficie diferentes textos, como el fragmento de la conferencia de Feynman, y luego modificarlo a voluntad bit a bit.

Aunque la velocidad lenta (en la escala de minutos) del proceso de escritura y lectura significa que la operación del dispositivo todavía tiene que ser optimizado antes de poderlo aplicar en aplicaciones diarias, estos resultados demuestran que se pueden crear memorias de almacenamiento de datos que superan el estado del arte de los discos duros actuales.

Referencia bibliográfica:

Sander Otte et al.”A kilobyte rewritable atomic memory”. Nature Nanotechnology, julio de 2016.