به لطف پیشرفت‌های علم فیزیک، شاید در آینده بتوان یک یوتابایت اطلاعات را در ۲۷۵ گرم هولمیم ذخیره کرد.
اخیراً یک گروه تحقیقاتی بین‌المللی متشکل از دانشمندان مرکز تحقیقات IBM Alamden ایالات متحده و انستیتو علوم پایۀ۱ کرۀ جنوبی، خبر از ذخیره‌سازی موفقیت‌آمیز یک بیت دیتای دیجیتال در یک اتم منفرد داده است. نتایج این مطالعه در ژورنال Nature (با Impact Factor: 38/128) منتشر شده است.
محققان توضیح می‌دهند:
دیسک‌های پوشیده‌شده با یک لایۀ مغناطیسی از فلز قادر به ذخیره‌سازی اطلاعات در قالب بیت – یکی از دو مقدار ۰ و ۱ – هستند؛ چنان‌که یک جهت‌گیری مغناطیسی معین به معنای ۰ و دیگری نیز به مفهوم ۱ بیت می‌باشد. در حال حاضر نواحی کوچکی از دیسک که شامل میلیون‌ها اتم است، وظیفۀ ذخیره‌سازی هر بیت دیتا را بر عهده دارد. ولی مطالعۀ ما پا را بسیار فراتر از محدوده قرار داده و کوچک‌ترین مقدار ممکن از ماده را برای این منظور معرفی نموده است؛ یک اتم.
پژوهشگران در این مطالعه از میکروسکوپ تونلی روبشی۲ استفاده نمودند. این نوع میکروسکوپ مجهز به نوک بسیار باریکی (در حد چند نانومتر) است که امکان مشاهده و حرکت‌دادن اتم و حتی اعمال پالس الکتریکی به آن را فراهم می‌سازد. محققان با اعمال این قبیل پالس‌های الکتریکی موفق به تغییر جهت مغناطش۳ اتم‌های هولمیم۴ شدند. آن‌ها در ادامه توانستند نوعی حافظۀ تک‌اتمی از این عنصر را ایجاد نمایند که نه تنها قادر به ذخیره‌سازی دو مقدار ۰ و ۱ است، بلکه می‌تواند بین آن دو نیز جابه‌جا۵ شود.
محققان با استفاده از روش مذکور، و تکنیک دیگری به نام مغناطومقاومت تونلی۶، مشاهده نمودند که اتم‌های هولمیم می‌توانند به مدت چندین ساعت در وضعیت مغناطیسی خود پایدار باقی بمانند. آن‌ها در ادامه با وارد کار نمودن ۲ اتم هلمیم – به جای یک عدد – به کشف مهم دیگری نائل شدند؛ چیدمان مجزای اتم‌های هلمیم، حتی با فاصلۀ یک نانومتر، هیچ‌گونه تأثیر نامطلوبی بر قدرت ذخیره‌سازی آن ندارد. این شگفت‌انگیز است؛ چرا که قبلاً تصور می‌شد میدان مغناطیسی یک اتم می‌تواند در میدان اتم مجاورش اختلال ایجاد کند.
گروه ادامه می‌دهد:
جهت نمایش قدرت خواندن و نوشتن [این حافظه]، ما یک معماری اتم‌مقیاسِ متشکل از دو بیت هولمیمی ساختیم که قادر به نوشتن و خواندن چهار وضعیت متفاوت ۱-۱، ۰-۰، ۰-۱ و ۱-۰ بود. ما هم‌چنین توانستیم معماری فوق را با دو روش مغناطومقاومتی و کنترل از راه دور – از طریق رزونانس اسپین الکترونی۶ – فراخوانی کنیم. پایداری بالای مغناطیسی و امکان خواندن و نوشتن به صورت الکتریکی نشان می‌دهد که حافظۀ تک‌اتمی واقعاً امکان‌پذیر است. هیچ‌گونه اثر مکانیک کوانتومی بین اتم‌های هولمیم وجود ندارد؛ که هم‌اکنون به دنبال علت این قضیه هستیم. اتم‌های هلمیم را می‌توان به صورت کاملاً فشرده در کنار یک‌دیگر چید که ظرفیت ذخیره‌سازی آن را به شدت بالا می‌برد.
پی‌نوشت
۱. Institute of Basic Science
۲. Scanning Tunnel Microscope
۳. Magnetization
۴. Holmium
۵. Swap
۶. Electron Spin Resonance
