El primer disco duro atómico

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Moviendo átomos de cloro de sitio, un grupo de investigadores holandeses y españoles ha creado un disco duro atómico en el que se puede grabar, leer y regrabar datos. Esta memoria es de un kilobyte (KB), pequeña, pero la mayor lograda en dos dimensiones. Su segunda aportación es la enorme densidad del almacenamiento atómico: multiplica por 500 la capacidad de los sistemas actuales. Eso sí, requiere de una tecnología tan avanzada y unas condiciones tan extremas que tardará en llegar a los ordenadores domésticos.


El físico teórico y futuro premio Nobel, Richard Feynman, dijo el 29 de diciembre de 1959: "No veo nada en las leyes físicas que impida construir ordenadores enormemente más pequeños de lo que son ahora". Aquella conferencia se llamaba Al fondo hay mucho sitio (There's Plenty of Room at the Bottom, en el inglés original) y es considerada el momento fundacional de la nanotecnología.


Aunque la miniaturización de la informática ha sido enorme, lo que Feynman tenía en mente era otra cosa. Pensaba en transistores, puertas lógicas, condensadores... construidos a escala atómica. Incluso, por qué no, usar los átomos para guardar datos. Aquella idea de Feynman tuvo que esperar a la invención, en los años 80, delmicroscopio de efecto túnel (MET), que permite ver al nivel atómico. También tuvo que esperar a que una década más tarde otro grupo de investigadores usara un MET para demostrar que también servía para mover los átomos. Ahora, 25 años después de aquella demostración y casi 60 de la conferencia de Feynman, su idea está mucho más cerca.


"En aquella charla, como un Julio Verne de la nanotecnología, Feynman hizo varias predicciones de las que se han verificado muchas. Pero había una en la que hablaba de cómo sería controlar los átomos uno a uno", dice el investigador del Instituto Internacional Ibérico de Nanotecnología (INL), Joaquín Fernández. La idea parecía alocada entonces, pero señalaba las enormes posibilidades de la escala atómica. "Nosotros hemos hecho realidad lo que soñó", añade el físico español, profesor de física en la Universidad de Alicante.


El microscopio de efecto túnel permite mover los átomos como si fuera un ábaco


Fernández, junto a otro colega del INL y físicos de la Universidad Tecnológica de Delft (Países Bajos) vaporizaron cloro sobre un sustrato de cobre. Observado con el microscopio electrónico, se puede apreciar (ver imagen) la distribución de los átomos de cloro, con ubicaciones donde no se ha depositado un átomo, llamadas vacantes. La combinación de una presencia (p) y una vacante (v) equivale a un bit. Según su posición relativa, (p-v o v-p), cada bit equivale al valor 0 o al valor 1 de un sistema binario digital.


El MET no solo ve la ubicación de los átomos (lo que equivaldría a leer los datos guardados). Con una determinada corriente eléctrica, permite mover los átomos a la vacante adyacente como si fuera un ábaco. Un movimiento atómico que se traduce en el guardado o grabación de nueva información.


"Además de mover los átomos para almacenar información, una vez que los mueves son muy estables", comenta Fernández. La demostración, presentada en la revista Nature Nanotechnology, la realizaron con una memoria de solo 8.000 bits, espacio suficiente para homenajear a Feynman insertando un párrafo de su conferencia en los átomos de cloro. Pero la configuración es completamente escalable, "con el único límite de la paciencia", aclara el físico español.

En 1959, el físico Richard Feynman teorizó sobre el uso de átomos en la computación


Otro dato a destacar de este trabajo es la enorme densidad que se consigue trabajando a escala atómica. Con el patrón ensayado, los investigadores lograron una capacidad cercana a los 80 Terabits por centímetro cuadrado, unas 500 veces más que un disco duro convencional. "Es casi imposible imaginar un sistema para almacenar información más pequeño que este", sostiene Fernández.


Pero pasará mucho tiempo hasta que un ordenador doméstico guarde los datos en átomos, si es que lo hace alguna vez... Hay muchos retos que superar. El sustrato en el que se depositan los átomos de claro debe ser extremadamente liso. Los microscopios con los que leer y manipular los átomos están diseñados para ser muy precisos y la precisión se lleva mal con la velocidad. Por ejemplo, los MET actuales pueden tardar dos minutos en leer un simple bloque y 10 en escribirlo. En 1990, los que descubrieron que se podía usar este microscopio como grabadora, tardaron 22 horas en escribir las letras IBM con átomos de xenón. Es un avance, pero aún demasiado lento.


Pero el mayor obstáculo es el frío. "En su configuración actual, la memoria trabaja solo en condiciones de vacío y a la temperatura del nitrógeno líquido (77K)", reconoce en una nota el principal autor del trabajo, Sander Otte. Para hacerse una idea, 77 K equivale a -196,15 C. "Por lo que en la práctica, el almacenamiento de datos a escala atómica aún queda algo lejos", añade. Feynman le recordaría que aún hay mucho sitio al fondo.

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