Nanotecnologia

Cientistas desenvolvem memórias em escala atômica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 23/09/2002

Em 1.959, o físico Richard Feynman, considerado o pai da nanotecnologia, afirmou que todas as palavras escritas na história da humanidade poderiam ser armazenadas em um cubo de 0,2 milímetros de aresta - bastando para isto que as palavras fossem escritas com átomos.

Agora, pouco mais de 40 anos após Feynman ter feito sua profecia, cientistas da Universidade de Wisconsin-Madison (Estados Unidos) criaram uma memória em escala atômica, utilizando átomos de silício para fazer as vezes dos 0s e 1s que os computadores utilizam para armazenar dados.

A pesquisa, descrita no jornal Nanotechnology, representa um primeiro passo em direção a uma memória em escala atômica que seja prática e passível de ser utilizada em larga escala. "Esta é a prova do conceito sobre o qual Feynman estava falando há 40 anos atrás", disse Franz Himpsel, físico que coordenou a pesquisa.

Embora a memória criada por Himpsel e sua equipe seja bidimensional, e não em três dimensões como previsto por Feynman, ela permite uma densidade de armazenamento um milhão de vezes superior a um CD-ROM. O átomo representa a barreira intransponível da miniaturização, segundo o professor Himpsel. "Vêmo-lo como um limite natural." Embora divisível, o átomo é uma unidade fundamental da natureza.

A nova memória foi construída em uma superfície de silício que automaticamente forma sulcos no interior dos quais linhas de átomos de silício são alinhados tal como bolas em uma canaleta. Retirando átomos individuais com o auxílio de microscópio de efeito túnel, a equipe criou espaços vazios que representam os 0s. Os átomos presentes representam os 1s.

Um micro microscópio de efeito túnel ("Scanning Tunneling Microscope" - STM) é um microscópio que permite a observação direta de átomos. É possível não apenas fotografá-los mas também manipulá-los.

Tal como as memórias convencionais, o novo dispositivo pode ser inicializado, formatado, escrito e lido a temperatura ambiente. Ao manipular átomos individuais a temperatura ambiente, os cientistas estão conseguindo calcar um importante degrau entre a manipulação a temperaturas muito baixas, já bastante comuns nos laboratórios, e o armazenamento convencional de dados, que deve funcionar a temperatura ambiente. É muito mais fácil manipular átomos a temperaturas muito baixas, quando eles se mantém mais estáveis.

O experimento foi feito sem o uso de litografia. Para construir memórias convencionais, a luz é utilizada para traçar padrões em uma superfície de silício quimicamente tratada. Utilizar a litografia para construir chips mais densos do que os atualmente fabricados pela indústria é extremamente difícil e caro.

A nova memória foi construída através da evaporação de ouro em uma pastilha de silício, o que resulta em uma precisa estrutura de trilhas. A seguir, foi feita uma evaporação de silício, o que permitiu que os átomos de silício se difundissem ao longo da estrutura, onde eles se alinharam e se alojaram dentro das trilhas tal como ovos em uma cartela. Estes átomos de silício representam os bits de informação.

O mais importante é que os átomos se perfilaram de tal forma que estabeleceram precisos intervalos entre cada um deles, permitindo que os cientistas os capturem precisamente, utilizando a ponta superfina do microscópio de efeito túnel, sem afetar os átomos vizinhos, o que poderia criar ligações químicas indesejadas.

Mas, embora a pesquisa mostre a viabilidade da memória em escala atômica e provê uma plataforma para a exploração dos limites fundamentais do armazenamento de dados, a tecnologia ainda irá requerer anos, senão décadas, de aperfeiçoamento, até que se consiga fabricar estruturas práticas que possam ser produzidas em massa. Os maiores inconvenientes são a necessidade de um STM para efetuar as operações, que são extremamente lentas, e o fato de que a experiência foi feita no vácuo.

Além disso, há um relação inversa entre densidade e velocidade. "À medida em que a densidade aumenta, sua capacidade de ler a memória decresce porque você tem um sinal mais e mais fraco. Quando você faz as coisas menores, eles tendem a ser mais lentas." afirmou o professor Himpsel.

Um intrigante aspecto do trabalho feito na Universidade de Wisconsin é que a densidade da memória é comparável à forma pela qual a natureza guarda informações nas moléculas de DNA. A memória que foi desenvolvida usa 20 átomos para guardar um bit de informação, incluindo o espaço ao redor dos átomos individuais. Uma molécula de DNA usa 32 átomos para armazenar cada uma das informações genéticas.