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L'hard disk diventa atomico

L'hard disk diventa atomico

Un gruppo di scienziati ha ottenuto un

magnete stabile costituito da un singolo atomo.

L'obiettivo finale, ancora lontano, è realizzare

dischi rigidi a scala atomica, in grado di aumentare

di migliaia di volte la densità di immagazzinamento

dei dati rispetto alle prestazioni degli hard disk

attualidi Elisabeth Gibney/Nature

computer sciencefisica

Spaccate un magnete in due: avrete due magneti

più 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 polarità

da un momento all'altro.

Ora, però, i fisici sono riusciti a creare un magnete

stabile da un singolo atomo.

Il gruppo, che ha pubblicato il 

proprio lavoro su Nature l'8 marzo scorso, ha usato i

suoi magneti a singolo atomo per realizzare un hard

disk su scala atomica. Il dispositivo riscrivibile, formato

da due di questi magneti, è in grado di memorizzare

solo due bit di dati, ma se portato a grande scala

potrebbe aumentare di 1000 volte la densità di immagaz-

zinamento dei dati di un hard disk, spiega Fabian

Natterer, fisico dell'École polytechnique fédérale

de 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 la

stabilità magnetica in un singolo atomo".

Credit: Tessi Alfredo/AGFAll'interno di un normale hard

disk c'è un disco diviso in aree magnetizzate, ciascuna

simile a una piccola barretta magnetica; i campi delle

aree magnetizzate possono puntare verso l'alto o

verso il basso.

Ciascuna direzione rappresenta un 1 o uno 0, un'unità

di 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, in

modo che gli 1 e gli 0 all'interno del disco rigido non

cambino accidentalmente.

Gli attuali bit commerciali sono costituiti da circa un

milione di atomi.

Ma in esperimenti i fisici hanno ridotto radicalmente

il 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 di

ossido di magnesio e mantenuto a una temperatura

inferiore a cinque kelvin.

L'olmio è particolarmente adatto allo stoccaggio a

singolo atomo perché ha molti elettroni spaiati che

creano un forte campo magnetico, e questi elettroni

si trovano in un'orbita vicina al centro dell'atomo dove

sono 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 è

difficile interagire.

E finora molti fisici dubitavano che fosse possibile

determinare in modo affidabile lo stato dell'atomo.

Bit di dati
Per scrivere i dati su un singolo atomo di olmio, il

gruppo ha usato un impulso di corrente elettrica da

una punta magnetizzata di un microscopio a effetto

tunnel, che può invertire l'orientamento del campo

dell'atomo tra uno 0 e un 1.

Nei test, i magneti si sono dimostrati stabili: ciascuno

ha conservato i propri dati per diverse ore e il gruppo

non ha mai osservato una inversione involontaria.

I ricercatori hanno usato lo stesso microscopio per

leggere il bit, con diversi flussi di corrente per rilevare

lo stato magnetico dell'atomo.

Per dimostrare ulteriormente che la punta avrebbe

potuto leggere in modo affidabile il bit, il gruppo, che

includeva ricercatori dell'IBM, ha ideato un secondo

metodo di lettura indiretto.

Ha usato un atomo di ferro vicino come un sensore

magnetico, regolandolo in modo che le sue proprietà

elettroniche dipendessero dall'orientamento dei due

magneti atomici di olmio nel sistema a 2 bit.

Il metodo permette al gruppo di leggere anche più bit

 contemporaneamente, dice Otte, rendendolo più pratico

e meno invasivo rispetto alla tecnica microscopica.

CC0 Public DomainUsare singoli atomi come bit

magnetici aumenterebbe radicalmente la densità

di memorizzazione dei dati;

Natterer riferisce che i suoi colleghi dell'EPFL stanno

lavorando a metodi per realizzare grandi schiere

di magneti a singolo atomo.

Ma il sistema a 2 bit è ancora lontano dalle applicazioni

pratiche e molto in ritardo rispetto a un altro tipo di

archiviazione a singolo atomo, che codifica i dati nelle

posizioni degli atomi, invece che nella loro magnetizzazione,

e ha già costruito un dispositivo di archiviazione dati

riscrivibile da 1-kilobyte (8192-bit).

Un vantaggio del sistema magnetico, tuttavia, è che

potrebbe essere compatibile con la spintronica, dice

Otte.

Questa tecnologia emergente usa stati magnetici non

solo per memorizzare i dati, ma anche per spostare

informazioni in un computer al posto della corrente

elettrica, e renderebbe i sistemi molto più efficienti

dal punto di vista energetico.

Nel breve termine, i fisici sono più entusiasti di studiare

i 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 invertirsi

continuamente.

"Ora possiamo giocare con questi magneti a singolo

atomo, usandoli come mattoncini Lego per costruire

strutture 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.)