Mémoire magnétique miniaturisée à seulement 12 atomes

Le plus petit bit de mémoire magnétique jamais réalisé - une agrégation de seulement 12 atomes de fer créée par des chercheurs d'IBM - montre les limites ultimes des futurs systèmes de stockage de données.

Soyons petits : Cette image au microscope à effet tunnel montre un groupe de 12 atomes de fer, le plus petit bit de mémoire magnétique jamais réalisé.

Les éléments de mémoire magnétique ne fonctionnent pas de la même manière que les disques durs actuels et, en théorie, ils peuvent être beaucoup plus petits sans devenir instables. Les tableaux de stockage de données fabriqués à partir de ces bits atomiques seraient environ 100 fois plus denses que tout ce qui peut être construit aujourd'hui. Mais les 12 atomes composant chaque bit doivent être méticuleusement assemblés à l'aide d'un microscope coûteux et complexe, et les bits ne peuvent contenir des données que quelques heures et à des températures basses approchant le zéro absolu, de sorte que les minuscules éléments de mémoire ne seront pas trouvés dans le consommateur appareils de sitôt.

Alors que l'industrie des semi-conducteurs se heurte aux limites de l'évolutivité en réduisant de plus en plus les dispositifs de mémoire et de calcul, le groupe de recherche IBM Almaden, dirigé par Andreas Heinrich , travaille de l'autre côté, construisant des éléments de calcul atome par atome dans le laboratoire.

La technologie nécessaire à la fabrication à grande échelle à l'échelle d'un seul atome n'existe pas encore. Aujourd'hui, dit Heinrich, la question est la suivante : que voudriez-vous construire à l'échelle des atomes pour le stockage et le calcul de données, dans un avenir lointain ?

Au fur et à mesure que les ingénieurs miniaturisent les appareils conventionnels, ils découvrent que la physique quantique, qui n'a jamais eu à être prise en compte dans le passé, rend les appareils moins stables. À mesure que les bits de mémoire magnétique conventionnels sont miniaturisés, par exemple, le champ magnétique de chaque bit commence à affecter celui de ses voisins, affaiblissant la capacité de chaque bit à conserver un 1 ou un 0.

Les chercheurs d'IBM ont découvert qu'il était possible de contourner ce problème en utilisant des groupes d'atomes qui présentent un type de magnétisme différent. La clé, dit Heinrich, est le spin magnétique de chaque atome individuel.

Dans les aimants conventionnels, qu'ils tiennent une note sur le réfrigérateur ou dans un réseau de stockage de données, les spins magnétiques des atomes sont alignés. C'est cet alignement qui conduit à l'instabilité lorsque les éléments à mémoire magnétique sont miniaturisés. Les chercheurs d'IBM ont fabriqué leurs minuscules éléments de mémoire en alignant des atomes de fer dont les spins étaient contre-alignés.

Les chercheurs ont à la fois construit et écrit des données sur les minuscules éléments de mémoire à l'aide d'un microscope à effet tunnel, un dispositif développé chez IBM Zürich en 1981. Ce microscope a une sonde conductrice très fine qui peut être utilisée pour imager une surface et pousser des atomes individuels autour.

Heinrich dit que son équipe a découvert qu'elle pouvait créer une mémoire antiferromagnétique en utilisant moins de 12 atomes, mais ceux-ci étaient moins stables. Avec 12 atomes, les éléments de mémoire obéissent à la physique classique, et les impulsions de lecture et d'écriture appliquées à travers la sonde du microscope sont similaires à celles utilisées dans les disques durs d'aujourd'hui. Cette recherche est décrite aujourd'hui dans la revue La science .

Toute technologie de stockage de données non volatile réaliste doit pouvoir conserver les données pendant 10 ans à des températures bien supérieures à la température ambiante, selon Victor Zhirnov , un chercheur à la Semiconductor Research Corporation, qui n'était pas impliqué dans le travail. Les bits IBM peuvent conserver un 1 ou un 0 pendant quelques heures seulement, et uniquement à des températures très basses, mais Heinrich dit qu'il devrait être possible d'augmenter leur stabilité pour un fonctionnement à des températures plus réalistes en utilisant 150 atomes par bit plutôt que 12. — encore un nombre infime par rapport aux formes de mémoire existantes.

Cependant, faire une technologie réaliste n'était pas le but du travail actuel, dit Heinrich. Son objectif est d'explorer si d'autres types d'éléments informatiques peuvent être fabriqués à partir de quelques atomes, peut-être en adoptant le quantum. Nous devons avoir la prévoyance de ne pas nous inquiéter de la prochaine étape, mais de sauter à quelque chose de potentiellement révolutionnaire, dit-il.

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