Os efeitos das físicas mais esotéricas aparecem em abundância ao longo de sua vida. Tome como exemplo mecânica quântica, a teoria que descreve como coisas minúsculas se comportam. Está por todas as partes! Como você conseguiria tantos dados em um disco rígido do tamanho da palma de sua mão?
Uma equipe internacional de físicos, incluindo muitos da IBM, agora levaram o armazenamento ao seu menor nível, usando magnetismo para codificar dados em átomos simples. A pesquisa é um estudo prova de conceito e provavelmente não aparecerá em seu disco rígido portátil tão cedo, mas pode ter aplicações importantes para o futuro da computação.
Cientistas estão realmente tentando avançar a tecnologia de computação a seu limite físico. “Muitos de nós estamos curiosos sobre o quão grande, rápido ou pequeno nosso mundo pode ser”, disse Fabian Natterer, autor do estudo, ao Gizmodo, por email. “O bit em um átomo simples oferece respostas a essa curiosidade.”
O trabalho de Natterer dá sequência a esforços anteriores de criar ímãs de átomo simples. Ele começou com o hólmio, um dos elementos estranhos na tabela periódica. Muitos dos elétrons orbitando o núcleo do hólmio movimentam-se rapidamente sem um parceiro, diferentemente de elementos mais familiares, ele explicou. Elétrons simples têm propriedades magnéticas próprias, porque, essencialmente, são cargas elétricas spinning — têm uma propriedade de mecânica quântica chamada spin, que é descrita por equações que parecem muito com as de um objeto girando. Campos magnéticos surgem de campos elétricos em movimento. Normalmente, esses campos magnéticos minúsculos se anulariam em elétrons pareados, mas em elementos como o hólmio todos os campos desses elétrons simples se alinham.
Isso pode transformar os átomos em pequenos ímãs metaestáveis, ou seja, são estáveis, a menos que recebam um estímulo, que pode fazer o campo magnético trocar de direções.
Os pesquisadores incorporaram esses átomos de hólmio a um metal, neste caso o óxido de magnésio, que impede que o campo magnético do hólmio se desfaça sob a influência de outros elétrons ou vibrações. Isso significa que se faz necessário um estímulo mais forte para inverter o campo magnético em torno de cada átomo de hólmio. Significa que esses átomos “armazenam” uma orientação de campo por um longo tempo. Assim como os zeros e uns de um computador, a orientação desse campo codifica informação binária. Essencialmente, os próprios átomos se tornam uma unidade de dado, chamada de bit.
Usando o chamado “microscópio de tunelamento com varredura” como instrumento de leitura (como a agulha de um toca-discos), Natterer e seus colegas manipulares pares de átomos de hólmio com pequenas correntes elétricas para armazenar dois bits de informação, ou quatro valores. Os átomos mantiveram sua orientação de campo por um longo tempo sem inverter, o que significa que provaram ser um bom meio de armazenamento.
“Para mim, a parte mais empolgante foi que os átomos de hólmio não reverteram sua magnetização”, disse Natterer. Ele e seus colegas publicaram os resultados nesta quarta-feira (8), na Nature.
Aqui vêm as advertências: não, você não verá um drive de armazenamento de átomo simples no catálogo das lojas amanhã. “Não acho que memórias de massa de átomo simples sejam viáveis a curto prazo”, contou ao Gizmodo Pietro Gambardella, chefe de Magnetismo e Interface Física na ETH Zurique, cujo grupo trabalha nesses ímãs de átomo simples. “Eu não faria um disco rígido com uma coleção de átomos simples. Esses átomos tendem a se mexer, e todos esses estudos são feitos em temperaturas baixas. Então, se você esquenta a superfície até a temperatura ambiente, os átomos começam a se difundir. Você precisaria manter um dispositivo de armazenamento de memória desses na geladeira.”
Além disso, a fita magnética necessária para transmitir a inversão de campo nesses átomos precisaria ser tão precisa que qualquer empuxo ou vibração poderia ferrar toda a habilidade de ler e escrever dados, disse.
Em vez disso, Gambardella viu a instalação dos pesquisadores da IBM como sistemas interessantes para testar ideias de computação quântica. Afinal, a fita magnética está manipulando uma propriedade quântica própria desses átomos de hólmio — seu spin. A verdadeira empolgação vem das aplicações básicas de pesquisa. “Como cientistas, estamos mais curiosos sobre o que podemos fazer com esses ímãs de átomos simples”, afirmou Natterer.
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