IBM Nanowetenschappers Slaan Databit op Enkel Atoom - Doorbraak in Ultra-Geminiaturiseerd Geheugen

Voorstel je voor de gehele iTunes bibliotheek van 35 miljoen nummers op een creditcard-groot apparaat te passen. Hoewel nog een droom, brengt een recent onderzoek door IBM Research-Almaden in San Jose, Californië, ons dichter bij die realiteit. Gepubliceerd in Nature, toont het onderzoek hoe één bit data op een enkel atoom te lezen en schrijven - opmerkelijk, een heel harde schijf gebruikt 100.000 tot één miljoen atomen voor een enkele bit.

Een enkel holmium atoom, een zeldzaam aarde element, fungeert als de ter wereld kleinste magneet om één bit data te coderen.

Hoe Het Werkt

Bits - de fundamentele eenheden van informatie - kunnen alleen de waarden 0 of 1 aannemen, vergelijkbaar met een lichtschakelaar. Het bepalen van het minimum aantal atomen nodig om een betrouwbare magnetische bit te creëren is een langdurige uitdaging geweest. In deze studie engineerde het team de kleinste magneet ooit: een enkel holmium atoom. Gehecht aan een magnesium oxide oppervlak, blijven de atoom's noord- en zuidpolen stabiel uitgelijnd zelfs wanneer buren magneten interfereren. Deze twee orientaties definiëren de bit's 0 en 1.

Een custom, door IBM uitgevonden, Nobelprijs-winnende scanning tunneling microscope (STM) levert een gefocuste stroom die de atoom's magnetische oriëntatie flippt, wat de "write" operatie mogelijk maakt. Dezelfde STM meet de resulterende magnetische stroom om de bit's waarde te lezen. Deze dual read/write capaciteit markeert een significante mijlpaal in atoomaire-schaal geheugentechnologie.

Ontmoet de Onderzoekers

Christopher Lutz, IBM nanowetenschap onderzoeker, gebruikt de STM om data op te slaan op de ter wereld kleinste magneet.

Christopher Lutz, een natuurkundige met een achtergrond in informatica, is lang een pionier in atoomaire-schaal manipulatie. Na een korte onderbreking van zijn UC Santa Cruz doctoraal programma, trad hij toe tot IBM Research-Almaden in 1985, waar hij een parallelle computer bouwde om atoomaire fysica te simuleren. Samenwerkend met Nobelwinnaar Don Eigler en later met Andreas Heinrich, heeft Lutz meer dan 25 jaar breekbaar onderzoek geleid, inclusief de creatie van de ter wereld kleinste film, "A Boy and His Atom."

"Ik bekijk de wereld als een serie berekeningen," legt Lutz uit. "Door atomen met nanometer precisie te rangschikken, kunnen we logica gates bouwen en, zoals getoond in deze studie, kan een enkel atoom betrouwbaar een databit opslaan."

Post-doctoraal onderzoeker Kai Yang, oorspronkelijk uit een kleine stad in China, trad het team toe na te hebben gefungeerd als campus tour gids tijdens een IBM bezoek. Hij herinnert hoe dicht het project bij mislukken kwam: na een maand gefaalde pogingen om twee stabiele magnetische staten te detecteren, confronteerde het team een zes-week deadline. Werkend dag en nacht, slaagden ze er uiteindelijk om 4 uur 's ochtends met een doorbraak puls-stroom techniek, een resultaat dat ze in Nature publiceerden.

IBM nanowetenschappers Christopher Lutz (links) en Kai Yang (rechts) bij IBM Research-Almaden.

Dankzij dit werk is Yang erkend als een van MIT Technology Review's 35 Innovators Under 35 en fungeert nu als post-doctoraal onderzoeker bij IBM.

Kijkend naar de toekomst, blijft het team de magnetisme van individuele atomen en hun interacties verkennen. Door atomen in nieuwe structuren op oppervlakken te rangschikken, gebruiken ze enkel-atoom spin resonantie - een MRI-geïnspireerde techniek - om magnetische eigenschappen op ongekende resolutie te sondes.

Save

Save

Save