Almacenamiento: demuestran cómo es posible guardar dos bits en un solo átomo

Los investigadores de la Universidad Tecnológica de Delft han logrado manipular de forma independiente dos tipos diferentes de magnetismo dentro de un solo átomo.

Los resultados son relevantes para el desarrollo de formas extremadamente pequeñas de almacenamiento de datos. Con el tiempo, este nuevo descubrimiento podría hacer posible almacenar dos bits de información en un átomo, según un comunicado de la universidad.

El magnetismo de un átomo es el resultado de electrones que orbitan alrededor del núcleo del átomo. Estas rotaciones se pueden dividir en dos categorías. "Compárelo con la Tierra orbitando alrededor del Sol", explica el líder de la investigación Sander Otte.

"Por un lado, la Tierra orbita alrededor del Sol, lo que lleva un año. Por otro lado, la Tierra también gira alrededor de su propio eje, lo que conduce al ciclo día / noche". Esta traslación y rotación ocurren también con un electrón que gira alrededor de un átomo: la rotación alrededor del núcleo del átomo se llama momento angular orbital y la rotación del electrón sobre su propio eje se llama momento angular de espín o, en pocas palabras, spin.

Cada uno de estos movimientos podría, en principio, utilizarse para almacenar información. La rotación orbital, por ejemplo, puede ser en sentido horario o antihorario. Por tanto, estas dos direcciones de rotación pueden representar el 0 y el 1 de un bit. El giro o spin también tiene dos posibles direcciones de rotación. Entonces, en teoría, debería poder almacenar dos bits de información en un solo átomo.

"En la práctica, sin embargo, esto es bastante difícil", continúa Otte. "Si invertís la dirección orbital, la dirección de giro casi siempre cambia con ella, y viceversa".

El estudio de Delft, realizado en colaboración con investigadores españoles y chilenos, permite invertir solo la dirección de la dirección orbital sin afectar la dirección de giro. El hecho de que esto se haya logrado ahora se debe a un fenómeno que alguna vez predijeron Einstein y el físico holandés Wander Johannes de Haas. De acuerdo con este efecto Einstein-de Haas, la inversión de la dirección orbital también puede compensarse con una rotación inconmensurablemente pequeña del entorno, en este caso la pieza de metal a la que pertenece el átomo. Este efecto no se había observado previamente en la escala de un solo átomo, y mucho menos que se pudiera aplicar para manipular el magnetismo atómico.

Los investigadores utilizaron una microscopía de túnel de barrido, en la que una aguja muy afilada escanea los átomos e incluso puede moverlos a voluntad. Por lo general, un átomo magnético entra en contacto con varios átomos vecinos, lo que interrumpe el magnetismo. Otte y su equipo lograron la separación perfecta entre el spin y la rotación orbital que necesitaban colocando un átomo de hierro magnético precisamente encima de un solo átomo de nitrógeno no magnético. Al hacerlo, crearon una geometría ideal, que rara vez ocurre espontáneamente en la naturaleza.

La capacidad de almacenar bits en átomos individuales aumentaría la capacidad de almacenamiento máxima actual en muchos miles de veces. Sin embargo, Otte advierte que el almacenamiento de datos atómicos aún está muy lejos. "El resultado principal es que hemos dado un paso más en nuestra capacidad para controlar los átomos e incluso los electrones que orbitan alrededor de ellos. Ese es un objetivo maravilloso en sí mismo".