Wetenschappers creëren ’s werelds eerste opslag bestaande uit 1 atoom

In huidige harde schijven worden magneten van zo’n 100.000 atomen groot gebruikt om een bit data op te slaan. Door de magneten kleiner te maken, zou je in theorie veel meer data kunnen stockeren in een kleinere schijf. Jammer genoeg hebben magneten de neiging onstabiel te worden wanneer ze uit te weinig atomen bestaan. Hun polariteit verandert continu, waardoor het onmogelijk is om te achterhalen of er in de magneet een nul of een werd opgeslagen. Onderzoekers van onder andere IBM hebben dit probleem echter weten te omzeilen.

Holmium

De wetenschappers zijn erin geslaagd een stabiele magneet te creëren van slechts een atoom groot. Hiervoor maakte men gebruik van holmium, dat omwille van zijn vele ongepaarde elektronen een krachtig magnetisch veld creëert. Deze elektronen bevinden zich bovendien in een kleine baan rond de kern van het atoom, waardoor ze afgeschermd zijn van hun omgeving en er een stabiel veld wordt gecreëerd. Deze afscherming is echter eveneens de reden dat holmium in het verleden niet werd gebruikt: het is erg moeilijk om met de elektronen te interageren om de polariteit van het atoom te wijzigen.

Om toch data te kunnen schrijven op holmium maakten de onderzoekers gebruik van een scanning tunnelling-microscoop. In 1986 won IBM Research een Nobelprijs voor het toestel, dat wetenschappers in staat stelde om aparte atomen te bekijken en te bewegen. Nu werd de microscoop gebruikt om de magnetische richting van atomen te veranderen. Het team onderzoekers gebruikte een elektrische puls van de gemagnetiseerde tip van de scanning tunnelling-microscoop om de oriëntatie van het magnetische veld van holmium te veranderen. Op deze manier slaagde men erin een nul of een op te slaan in een atoom.

Stabiel

Om de data uit te lezen, maakten de wetenschappers gebruik van dezelfde microscoop. De hoeveelheid stroom die door de atomen vloeit, is afhankelijk van welke pool naar boven is gericht. Door deze stroom te meten, kan men de polariteit van de kleine magneetjes aflezen. De wetenschappers konden bijgevolg de bits aan data weer uitlezen.

In hun onderzoek maakten de wetenschappers gebruik van een kleine harde schijf bestaande uit slechts twee magneten. Tijdens hun tests bleef de opgeslagen data voor meerdere uren ongewijzigd. Aangezien de wetenschappers nooit een ongewilde verandering in polariteit van de atomen zagen, konden ze met zekerheid zeggen dat ze een stabiele opslagtechnologie hadden gecreëerd van slechts een atoom groot.

Schalen

Door de technologie op te schalen, zou de densiteit van harde schijven met een factor van duizend kunnen worden verhoogd. Jammer genoeg zijn we nog lang niet zo ver. Op korte termijn willen de onderzoekers voornamelijk gebruik maken de atoommagneetjes voor ander onderzoek. “Je kan nu spelen met de atoommagneten en ze gebruiken als Lego’s, zodat je magnetische structuren vanaf nul kan opbouwen,” vertelt Fabian Natterer, één van de onderzoekers van de paper.