El disco duro más pequeño hasta la fecha escribe la información átomo a átomo

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Cada día, la sociedad moderna crea más de mil millones de gigabytes de datos nuevos. Como apuntamos en este artículo, en 2009 se estimó la capacidad de almacenamiento de Internet en medio zettabyte; el equivalente a un millón de petabytes. Para almacenar todos estos datos, es cada vez más importante que cada bit individual (la unidad de almacenamiento básica) ocupe tan poco espacio como sea posible. Un equipo de científicos del Instituto Kavli de Nanociencia de la Universidad de Delft logró llevar esta reducción al límite último, y han construido una memoria de 1 kilobyte (8.000 bits), donde cada bit está representado por la posición de un único átomo de cloro. “En teoría, esta densidad de almacenamiento permitiría grabar todos los libros creados por el ser humano en un solo sello de correos”, dice Sander Otte, el científico principal. De hecho, han llegado a una densidad de almacenamiento de 500 terabits por pulgada cuadrada (Tbpsi), 500 veces mejor que el mejor disco duro comercial disponible en la actualidad. Los resultados de este estudio fueron publicados en la revista Nature Nanotechnology.

Feynman

En 1959, el físico Richard Feynman retó a sus compañeros a diseñarlo todo en la escala más pequeña posible. En su famosa conferencia “Hay mucho sitio en el fondo”, especuló que si tuviéramos una plataforma que nos permitiera organizar los átomos individuales en un patrón ordenado exacto, sería posible almacenar una unidad de información por cada átomo. En honor al visionario Feynman, Otte y su equipo han codificado una sección de la conferencia de Feynman en una zona de 100 nanómetros de ancho.

Rompecabezas deslizante

(Imagen ampliable) Imagen STM (96 nm ancho, 126 nm alto) de la memoria de 1 kB, en la que se ha escrito una sección de la charla de Feynman “Hay mucho espacio en el fondo” (con texto superpuesto). Imagen: TU Delft

El equipo utilizó un microscopio de efecto túnel (STM), donde una aguja afilada maneja los átomos de una superficie, uno por uno. Con esta técnica los científicos no sólo pueden ver los átomos, sino que también pueden usarlos para empujar los átomos por la superficie. “Se podría comparar a un puzle”, explica Otte. “Cada bit consiste en dos posiciones sobre una superficie de átomos de cobre, y un átomo de cloro que puede deslizarse adelante y atrás entre estas dos posiciones. Si el átomo de cloro se encuentra en la posición superior, se forma un agujero debajo de él; a esto lo llamamos un 1. Si el orificio está en la parte superior y, por tanto, el átomo de cloro está en la parte inferior, entonces el bit es un 0”. Debido a que los átomos de cloro están rodeados por otros átomos de cloro, excepto cerca de los agujeros, se mantienen los unos a los otros en un mismo lugar. Es por ello que este método con los agujeros es mucho más estable que los métodos con átomos sueltos, y es más adecuado para el almacenamiento de datos. No obstante, es posible que no dure para toda la eternidad, como este dispositivo sobre el que escribimos no hace mucho que tenía una vida tan larga como la edad misma del universo. Puedes leer la historia “El conocimiento de la raza humana contenido en un cristal de silicio para la eternidad” aquí.

Los códigos

Explicación de la lógica subyacente a los bits (superior) y los marcadores atómicos (inferiores: bloque regular, comienzo de línea, final de línea, final de archivo, bloque corrupto, ruptura y comienzo de línea). Imagen: TU Delft

Los investigadores de Delft organizaron su memoria en bloques de 8 bytes (64 bits). Cada bloque tiene un marcador, hecho del mismo tipo de “agujeros” que la trama de átomos de cloro. Inspirado por los códigos de barras cuadrados pixelados (conocidos como códigos QR) utilizados a menudo para escanear entradas para los aviones y conciertos, estos marcadores funcionan como códigos QR en miniatura que guardan la información acerca de la ubicación precisa del bloque sobre la capa de cobre. El código también indica si un bloque está dañado, por ejemplo debido a algún contaminante local o un error en la superficie. Esto permite que la memoria sea ampliada fácilmente a tamaños muy grandes, incluso si la superficie de cobre no es del todo perfecta.

Centros de datos

El nuevo enfoque ofrece excelentes perspectivas en términos de estabilidad y escalabilidad. Aun así, no se espera que este tipo de memoria se encuentre en centros de datos pronto. Según explicó Otte, “en su forma actual, la memoria puede operar sólo en condiciones de vacío muy limpias y a la temperatura del nitrógeno líquido (77 K), por lo que el almacenamiento real de datos a escala atómica queda todavía un poco lejos. Pero a través de este logro hemos dado sin duda un gran paso adelante”.

Vídeo del descubrimiento

En el mundo de hoy almacenamos más y más datos en la llamada nube, en grandes centros de almacenamiento de datos, y la cantidad de datos que almacenamos crece rápidamente, lo que hace que necesitemos construir más centros. Estos centros no sólo son grandes, sino que consumen ingentes cantidades de energía. Para poder incrementar la capacidad de almacenamiento de los dispositivos que utilizamos necesitamos reducir la cantidad de espacio que ocupa cada unidad de información. Pero existe un límite a cuánto podemos miniaturizarla debido a las imperfecciones en los materiales que utilizamos. El elemento sobre el que escribimos datos sigue conteniendo miles de átomos. Imagina que pudiéramos usar un material que hubiera sido alisado hasta el nivel atómico. En este caso, una unidad de información podría contener únicamente un átomo. Científicos de la Universidad Tecnológica de Delft han conseguido hacer precisamente eso. Han conseguido crear una memoria de 1Kb en la que cada bit queda representado por un sólo átomo. Han descubierto que átomos de cloro sobre una superficie de cobre forman una red perfectamente cuadriculada. Cuando un átomo no se encuentra en la cuadrícula, deja atrás un agujero. Mediate el uso de una aguja del llamado microscopio de efecto túnel, un átomo puede ser empujado hacia dicho agujero, como en un rompecabezas deslizante. Dicho agujero es, de este modo, movido alrededor. Múltiples átomos pueden ser arrastrados para formar un patrón específico para formar bits de letras, palabras, hasta llegar a formar un texto completo. También se pueden combinar los agujeros para formar marcadores e indicar si un sector se encuentra corrompido debido a defectos atómicos. Mediante estos procedimientos el equipo de Delft consiguió crear un kilobyte completo que contiene 8.000 bits atómicos. Esta es, de largo, la estructura atómica mayor jamás construída por el ser humano. La densidad de almacenaje de esta memoria es 500 veces mayor que los mejores discos duros del momento. Hoy por hoy, esta memoria requiere de un ambiente ultralimpio, y temperaturas muy bajas. No obstante, gracias a la robustez del material, la tecnología podría desarrollarse para ser utilizada fuera del laboratorio.

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2017-02-02T23:39:21+00:00