Criada a menor unidade de armazenamento magnético do mundo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/01/2012

Vinte átomos de ferro formam a menor unidade de armazenamento magnético já construída - usando um fenômeno conhecido como antiferromagnetismo.
[Imagem: Sebastian Loth/CFEL]

Menor byte magnético já feito

Cientistas da IBM e do instituto de pesquisas alemão CFEL construíram a menor unidade de armazenamento magnético de dados já feita.

A rigor, é uma unidade de armazenamento antiferromagnética - um tipo especial de magnetismo que foi usado agora pela primeira vez para armazenar dados.

A estrutura usa apenas 12 átomos por bit, comprimindo um byte inteiro (8 bits) em 96 átomos.

Para se ter uma ideia dessas dimensões, basta ver que um disco rígido moderno usa de mais de meio bilhão de átomos por byte.

O feito foi divulgado apenas alguns dias depois que uma outra equipe descobriu que os chips de silício podem ser miniaturizados até a escala atômica.

Nanomemória magnética

A unidade armazenamento de dados nanométrica foi construída átomo por átomo, com a ajuda de um microscópio de varredura por tunelamento (STM: Scanning Tunneling Microscope).

Os pesquisadores construíram padrões regulares de átomos de ferro, alinhando-os em fileiras de seis átomos cada.

Duas linhas são suficientes para armazenar um bit. Um byte, por sua vez, é composto por oito pares de linhas de átomos.

O byte inteiro ocupa uma área de 4 por 16 nanômetros.

"Isso corresponde a uma densidade de armazenamento que é 100 vezes maior em comparação com um disco rígido moderno," explica Sebastian Loth, do CFEL, responsável pela construção desses bits e bytes atômicos.

E é também 160 vezes mais denso do que um memória flash, 417 vezes mais do que uma memória DRAM e 10.000 vezes mais denso do que uma SRAM.

Representação dos valores binários armazenados em cada linha de átomos, formando um byte.
[Imagem: Sebastian Loth/IBM Research Almaden]

Dados frios

Os dados são gravados e lidos com a ajuda do microscópio eletrônico.

Os pares de linhas de átomos têm dois estados magnéticos possíveis, representando os valores 0 e 1 de um bit clássico.

Um pulso elétrico emitido pela ponta do STM inverte a configuração magnética de um estado para o outro, fazendo a gravação. Um pulso mais fraco permite ler a configuração.

Os nanomagnetos são estáveis apenas a uma temperatura de -268º C (5 Kelvin).

Apesar disso, os pesquisadores esperam que conjuntos de cerca de 200 átomos sejam estáveis a temperatura ambiente.

De qualquer forma, ainda vai demorar algum tempo antes que ímãs atômicos possam ser usados de forma prática no armazenamento de dados.

Antiferromagnetismo

Pela primeira vez, os pesquisadores conseguiram empregar uma forma especial de magnetismo, o antiferromagnetismo, para o armazenamento de dados.

Gráfico mostrando a manipulação e a leitura dos átomos com a ponta de um microscópio eletrônico. Os átomos de ferro são colocados sobre uma superfície de nitreto de cobre e ligados por dois átomos de nitrogênio (azul) em uma estrutura regular separada por um átomo de cobre (amarelo).
[Imagem: Sebastian Loth/CFEL]

Diferente do que ocorre no ferromagnetismo, que é usado nos discos rígidos convencionais, no material antiferromagnético os spins dos átomos vizinhos são alinhados em posições opostas, o que torna o material magneticamente neutro em um nível maciço - em macroescala.

Isto significa que as linhas de átomos antiferromagnéticas podem ser colocadas muito mais próximas umas das outras, sem interferir magneticamente entre si - os bits foram colocados a apenas um nanômetro de distância uns dos outros.

Ao contrário dos materiais ferromagnéticos, os materiais antiferromagnéticos são relativamente insensíveis a campos magnéticos, devendo, em princípio, permitir que as informações sejam guardadas de forma mais densa.

Transição do clássico para o quântico

Neste experimento, a equipe não apenas construiu a menor unidade de armazenamento magnético de dados já feita, como também criou uma plataforma de testes ideal para a transição da física clássica para a física quântica.

"Nós aprendemos a controlar os efeitos quânticos por meio da forma e do tamanho das linhas de átomos de ferro," explica Loth.

"Nós podemos agora usar essa capacidade para investigar como a mecânica quântica entra em ação. O que diferencia os ímãs quânticos dos ímãs clássicos? Como é que um ímã se comporta na fronteira entre os dois mundos? Estas são questões interessantes que poderão ser respondidas em breve," vislumbra o pesquisador.

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