A colaboração entre a Universidade Técnica de Delft (Holanda) e o INL – Laboratório Ibério Internacional de Nanotecnologia permitiu a fabricação de um protótipo laboratorial de memória digital com bits à escala atómica que supera a densidade de armazenamento das tecnologias atuais por um fator de 500.
Todos os dias, a sociedade moderna cria mais de mil milhões de gigabytes de informação nova. Para armazenar todos esses dados, é cada vez mais importante que cada bit ocupe o menor espaço possível. Uma equipa de cientistas do Instituto Kavli de Nanociência na Universidade Técnica de Delft, em colaboração com o grupo de Física Teórica do INL, conseguiu levar esta redução ao seu limite máximo com a fabricação de uma memória de 1 kilobyte (8.000 bits), onde cada bit é representado pela posição de um único átomo de cloro. “Em teoria, esta densidade de armazenamento permitiria que todos os livros já criados pelo homem pudessem ser gravados num único selo postal”, referiu Sander Otte, o investigador que lidera o projeto na Universidade Técnica de Delft.
A memória fabricada quebra vários recordes. “É, de longe, a maior estrutura funcional fabricada, juntando átomo por átomo. Até à data ninguém fora capaz de ir além dos mil átomos”, disse Joaquín Fernández-Rossier, lider do grupo de Física Teórica do INL. O protótipo alcançou uma densidade de armazenamento de 500 terabits por polegada quadrada (Tbpsi), 500 vezes melhor do que o disco rígido disponível no Mercado.
PUBOs cientistas do INL desenvolveram as simulações computacionais que permitem compreender a estabilidade notável dos bits à escala atómica. Os resultados desta colaboração foram publicados na revista Nature Nanotechnology na passada segunda-feira (18 de Julho).
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Feynman
PUBEm 1959, o físico Richard Feynman desafiou os seus colegas para construírem o mundo à menor escala possível. Na sua famosa palestra, “There is Plenty of Room at the Bottom” (Há muito espaço no fundo), ele especulou que, se tivéssemos uma plataforma que nos permitisse organizar átomos individuais num padrão ordenado de forma precisa, seria possível armazenar um pedaço de informação por átomo. Em homenagem ao visionário Feynman, a Universidade de Delft e os cientistas do INL decidiram codificar uma parte da famosa palestra do físico norte-americano, numa área com uma largura de 100 nanómetros.
Um quebra-cabeças de deslizamento
PUBA equipa de investigadores usou um microscópio de varredura por efeito túnel (STM), no qual uma agulha fina investiga os átomos de uma superfície, um por um. Com a ajuda destas sondas, os cientistas não só conseguem ver os átomos, como também são capazes de os mover de um lado para o outro. Segundo Otte, “podemos compará-lo a um quebra-cabeças de deslizamento”.
“Cada bit consiste em duas posições sobre uma superfície de átomos de cobre, e a um átomo de cloro que podemos deslizar para trás e para a frente, entre essas duas posições. Se o átomo de cloro está na posição superior, existe um buraco abaixo – chamamos a isso um 1. Se o orifício está na posição superior e o átomo de cloro está, por conseguinte, na parte inferior, em seguida, o bit é um 0.” Como os átomos de cloro são rodeados por outros átomos de cloro, exceto perto dos buracos, eles mantêm-se mutuamente no lugar. É por esta razão que este método com os furos é muito mais estável do que os métodos com átomos soltos. É, por isso, também mais adequado para o armazenamento de dados.
Códigos
Os investigadores da Delft organizaram a sua memória em blocos de 8 bytes (64 bits). Cada bloco tem um marcador, feito do mesmo tipo de “buracos” que o bitmap de átomos de cloro. Inspirado pelos códigos de barras quadradas pixelizadas (códigos QR) muitas vezes utilizados para digitalizar bilhetes de avião e de concertos, esses marcadores funcionam como códigos QR em miniatura que contém informação precisa sobre a localização do bloco, em cima da camada de cobre. O código indicará também se um bloco está danificado, por exemplo, devido a algum contaminante local ou por causa de um erro na superfície. Isto permite que a memória seja facilmente escalada para tamanhos muito grandes, mesmo quando a superfície de cobre não seja totalmente perfeita.
Centros de Processamento de Dados
A nova abordagem oferece excelentes perspetivas em termos de estabilidade e escalabilidade. Ainda assim, este tipo de memória não deverá ser introduzido nos centros de processamento de dados a curto prazo. Segundo Otte “Na sua forma atual, a memória pode funcionar apenas em condições de vácuo muito limpo e à temperatura do azoto líquido (77 K), de modo que o armazenamento real de dados à escala atómica ainda está um pouco distante. Mas através desta conquista, ficamos certamente um passo mais perto de o conseguirmos”.
Os resultados da investigação, agora publicados na prestigiada Nature Nanotechnology formam possíveis graças ao apoio da Organização Holandesa de Pesquisa Científica (NWO). Os investigadores do INL receberam financiamento da rede internacional de formação Marie Curie SPINOGRAPH, da Comissão Europeia.
http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2016.141.html
http://www.nature.com/news/atom-wranglers-create-rewritable-memory-1.20269
