Científicos de IBM almacenan un bit de datos en un solo átomo — Avance en memoria ultra-miniaturizada

Imagine almacenar toda la biblioteca de iTunes de 35 millones de canciones en un dispositivo del tamaño de una tarjeta de crédito. Aunque aún es un sueño, un estudio reciente de IBM Research‑Almaden en San José, California, nos acerca a esa realidad. Publicado en Nature, la investigación muestra cómo leer y escribir un bit de datos en un solo átomo —notablemente, un disco duro completo usa 100,000 a un millón de átomos para un solo bit.

Cómo funciona

Los bits —las unidades fundamentales de información— solo pueden asumir valores 0 o 1, como un interruptor de luz. Determinar el número mínimo de átomos necesarios para crear un bit magnético fiable ha sido un desafío largo. En este estudio, el equipo diseñó el imán más pequeño jamás: un solo átomo de holmio. Adherido a una superficie de óxido de magnesio, los polos norte y sur del átomo permanecen alineados establemente incluso cuando imanes vecinos interfieren. Estas dos orientaciones definen el 0 y 1 del bit.

Un microscopio de túnel de barrido (STM) personalizado, inventado por IBM y galardonado con Nobel, entrega una corriente enfocada que invierte la orientación magnética del átomo, permitiendo la operación "escritura". El mismo STM mide la corriente magnética resultante para leer el valor del bit. Esta capacidad dual de lectura/escritura marca un hito significativo en tecnología de memoria a escala atómica.

Conozca a los investigadores

Christopher Lutz, físico con formación en ciencias de la computación, ha sido pionero en manipulación a escala atómica. Tras un breve paréntesis en su programa doctoral en UC Santa Cruz, se unió a IBM Research‑Almaden en 1985, donde construyó una computadora paralela para simular física atómica. Colaborando con el laureado Nobel Don Eigler y luego con Andreas Heinrich, Lutz ha liderado más de 25 años de investigación revolucionaria, incluyendo la creación de la película más pequeña del mundo, "A Boy and His Atom."

"Veo el mundo como una serie de computaciones," explica Lutz. "Arreglando átomos con precisión nanométrica, podemos construir compuertas lógicas y, como muestra este estudio, un solo átomo puede almacenar fiablemente un bit de datos."

El investigador postdoctoral Kai Yang, originario de una pequeña ciudad en China, se unió al equipo tras voluntariar como guía de campus durante una visita de IBM. Recuerda lo cerca que estuvo el proyecto del fracaso: tras un mes de intentos fallidos para detectar dos estados magnéticos estables, el equipo enfrentaba plazo de seis semanas. Trabajando día y noche, finalmente tuvieron éxito a las 4 a.m. con una técnica revolucionaria de pulso de corriente, resultado que publicaron en Nature.

Gracias a este trabajo, Yang ha sido reconocido como uno de los 35 Innovadores Menores de 35 de MIT Technology Review y ahora sirve como investigador postdoctoral en IBM.

Mirando adelante, el equipo continúa explorando el magnetismo de átomos individuales y sus interacciones. Arreglando átomos en estructuras novedosas en superficies, emplean resonancia de spin de átomo único —una técnica inspirada en MRI— para sondear propiedades magnéticas a resolución sin precedentes.