El bit magnético de memoria más pequeño que se haya creado nunca, una agrupación de tan solo 12 átomos de hierro, creado por investigadores de IBM, demuestra los límites de los sistemas de almacenamiento de datos del futuro.

Los elementos magnéticos de memoria no funcionan de la misma manera que los discos duros actuales y, en teoría, pueden ser mucho más pequeños en tamaño sin ser inestables. Las unidades de almacenaje de información hechas con estos bits atómicos podrían ser hasta 100 veces más densas que cualquier cosa que se fabrique en la actualidad. Pero los 12 átomos que forman cada bit deben montarse mediante un laborioso proceso que requiere el uso de un carísimo y complejo microscopio, y estos bits almacenan datos durante unas horas y solo a bajas temperaturas, cercanas al cero absoluto, con lo cual, a corto plazo, no se encontrarán estos minúsculos elementos de memoria en aparatos electrónicos.

Mientras la industria de los semiconductores fuerza los límites de la miniaturización al hacer los aparatos de memoria y computación cada vez más pequeños, el grupo de investigación de IBM en Almaden (EE.UU.), dirigido por Andreas Heinrich, trabaja desde el otro extremo, construyendo elementos de computación átomo a átomo en el laboratorio.

La tecnología necesaria para la fabricación en serie a escala atómica no existe aún. Hoy, según Heinrich, la pregunta es “¿Qué querrías construir a escala atómica para el almacenamiento de datos y la computación en un futuro lejano?”.

Al miniaturizar los aparatos convencionales, los ingenieros se encuentran con que la física cuántica, a la que nunca tuvieron que tener en cuenta en el pasado, hace que los aparatos sean menos estables. Al miniaturizar los bits magnéticos de memoria convencionales, por ejemplo, el campo magnético de cada bit empieza a afectar al de su vecino, debilitando la capacidad de ambos de sostener un 1 o un 0.

Los investigadores de IBM han descubierto que se podía obviar este problema usando grupos de átomos que tienen un tipo de magnetismo diferente. La clave, según Heinrich, es el espín magnético de cada átomo individual.

En los imanes convencionales, ya sean los que usamos para sujetar papeles a la nevera o los que están en una unidad de almacenamiento de datos, los espines magnéticos de los átomos están alineados. Esta alineación es la que provoca inestabilidad cuando los elementos de memoria magnética se miniaturizan. Los investigadores de IBM construyeron sus diminutos elementos de memoria alineando átomos de hierro cuyo espín estaba contraalineado.

Los investigadores usaron un microscopio de efecto túnel tanto para construir los diminutos elementos de memoria como para escribir datos sobre ellos. Este aparato lo desarrolló IBM en Zürich (Suiza) en 1981 y tiene una sonda conductora muy fina que se puede usar tanto para obtener imágenes de una superficie como para mover los átomos sobre ella.

Heinrich explica que su equipo descubrió que podía hacer memoria antiferromagnética usando menos de 12 átomos, pero que eran menos estables. Con 12 átomos, los elementos de memoria obedecen a la física clásica y los pulsos de lectura y escritura aplicados mediante la sonda del microscopio son similares a los que se usan en los discos duros actuales. Esta investigación se presentó el viernes pasado en la revista Science.

Cualquier tecnología de almacenamiento de datos realista, no volátil,  tiene que ser capaz de almacenar los datos durante 10 años soportando temperaturas muy por encima de la temperatura ambiente, afirma Victor Zhirnov, científico investigador de la Semiconductor Research Corporation, institución que no está relacionada con este estudio.  Los bits de IBM son capaces de almacenar alrededor de un 0 o un 1 durante unas pocas horas y solo a temperaturas muy bajas, pero Heinrich sostiene que debería ser posible aumentar su estabilidad operativa a temperaturas más realistas usando 150 átomos por bit en vez de los 12 actuales, lo que sigue siendo una cantidad minúscula en comparación con otras formas existentes de memoria.

Sin embargo, el objetivo de este estudio no era crear una tecnología realista, según Heinrich. Su objetivo es explorar si se pueden crear otros tipos de elementos de computación partiendo de unos pocos átomos, quizá abrazando la física cuántica. “Tenemos que tener visión no para preocuparnos por el próximo paso, sino para saltar a algo potencialmente revolucionario”, afirma.