Fonte: Le Scienze13 marzo 2017L'hard disk diventa atomico
Un gruppo di scienziati ha ottenuto unmagnete stabile costituito da un singolo atomo.L'obiettivo finale, ancora lontano, è realizzaredischi rigidi a scala atomica, in grado di aumentaredi migliaia di volte la densità di immagazzinamentodei dati rispetto alle prestazioni degli hard diskattualidi Elisabeth Gibney/Nature
computer sciencefisicaSpaccate un magnete in due: avrete due magnetipiù piccoli.Tagliateli ancora in due, e ne otterrete quattro.Ma più i magneti diventano piccoli, più sono instabili:i loro campi magnetici tendono a invertire le polaritàda un momento all'altro.Ora, però, i fisici sono riusciti a creare un magnetestabile da un singolo atomo.Il gruppo, che ha pubblicato il
proprio lavoro su Nature l'8 marzo scorso, ha usato isuoi magneti a singolo atomo per realizzare un hard disk su scala atomica. Il dispositivo riscrivibile, formatoda due di questi magneti, è in grado di memorizzaresolo due bit di dati, ma se portato a grande scalapotrebbe aumentare di 1000 volte la densità di immagaz-zinamento dei dati di un hard disk, spiega FabianNatterer, fisico dell'École polytechnique fédéralede Lausanne ( EPFL), in Svizzera, autore dell'articolo."È una pietra miliare", commenta Sander Otte,fisico della Delft University of Technology, nei Paesi Bassi."Finalmente, è stata dimostrata in modo indiscutibile lastabilità magnetica in un singolo atomo".
Credit: Tessi Alfredo/AGFAll'interno di un normale harddisk c'è un disco diviso in aree magnetizzate, ciascunasimile a una piccola barretta magnetica; i campi dellearee magnetizzate possono puntare verso l'alto overso il basso.Ciascuna direzione rappresenta un 1 o uno 0, un'unitàdi dati nota come bit. Più sono piccole le aree magnetiz-zate, più densamente possono essere memorizzati i dati.Ma le regioni magnetizzate devono essere stabili, inmodo che gli 1 e gli 0 all'interno del disco rigido noncambino accidentalmente.Gli attuali bit commerciali sono costituiti da circa unmilione di atomi.Ma in esperimenti i fisici hanno ridotto radicalmenteil numero di atomi necessari per memorizzare un bit,passando
dai 12 atomi del 2012 a un unico atomo ora.Natterer e il suo gruppo hanno usato atomi di olmio,un metallo delle terre rare, posto su un foglio diossido di magnesio e mantenuto a una temperaturainferiore a cinque kelvin.L'olmio è particolarmente adatto allo stoccaggio asingolo atomo perché ha molti elettroni spaiati checreano un forte campo magnetico, e questi elettronisi trovano in un'orbita vicina al centro dell'atomo dovesono schermati dall'ambiente.Questo conferisce all'olmio un campo intenso e stabile,dice Natterer. Ma la schermatura ha un inconveniente:rende l'olmio notoriamente un elemento con cui èdifficile interagire.E finora molti fisici dubitavano che fosse possibiledeterminare in modo affidabile lo stato dell'atomo.Bit di datiPer scrivere i dati su un singolo atomo di olmio, ilgruppo ha usato un impulso di corrente elettrica dauna punta magnetizzata di un microscopio a effettotunnel, che può invertire l'orientamento del campodell'atomo tra uno 0 e un 1.Nei test, i magneti si sono dimostrati stabili: ciascunoha conservato i propri dati per diverse ore e il grupponon ha mai osservato una inversione involontaria.I ricercatori hanno usato lo stesso microscopio perleggere il bit, con diversi flussi di corrente per rilevarelo stato magnetico dell'atomo.Per dimostrare ulteriormente che la punta avrebbepotuto leggere in modo affidabile il bit, il gruppo, cheincludeva ricercatori dell'IBM, ha ideato un secondometodo di lettura indiretto.Ha usato un atomo di ferro vicino come un sensoremagnetico, regolandolo in modo che le sue proprietàelettroniche dipendessero dall'orientamento dei duemagneti atomici di olmio nel sistema a 2 bit.Il metodo permette al gruppo di leggere anche più bit contemporaneamente, dice Otte, rendendolo più praticoe meno invasivo rispetto alla tecnica microscopica.
CC0 Public DomainUsare singoli atomi come bitmagnetici aumenterebbe radicalmente la densitàdi memorizzazione dei dati;Natterer riferisce che i suoi colleghi dell'EPFL stannolavorando a metodi per realizzare grandi schieredi magneti a singolo atomo.Ma il sistema a 2 bit è ancora lontano dalle applicazionipratiche e molto in ritardo rispetto a un altro tipo diarchiviazione a singolo atomo, che codifica i dati nelleposizioni degli atomi, invece che nella loro magnetizzazione,e ha già costruito un dispositivo di archiviazione datiriscrivibile da 1-kilobyte (8192-bit).Un vantaggio del sistema magnetico, tuttavia, è chepotrebbe essere compatibile con la
spintronica, diceOtte.Questa tecnologia emergente usa stati magnetici nonsolo per memorizzare i dati, ma anche per spostareinformazioni in un computer al posto della correnteelettrica, e renderebbe i sistemi molto più efficientidal punto di vista energetico.Nel breve termine, i fisici sono più entusiasti di studiarei magneti a singolo atomo.Natterer, per esempio, prevede di osservare tre mini-magneti orientati in modo che i loro campi siano in concor-renza l'uno con l'altro, in modo da invertirsicontinuamente."Ora possiamo giocare con questi magneti a singoloatomo, usandoli come mattoncini Lego per costruirestrutture magnetiche da zero", conclude.(L'originale di questo articolo è stato
pubblicato su Nature l'8 marzo 2017. Traduzione ed editing a cura di Le Scienze. Riproduzione autorizzata, tutti i diritti riservati.)