El primer disco duro at¨®mico

Moviendo ¨¢tomos de cloro de sitio, un grupo de investigadores holandeses y espa?oles ha creado un disco duro at¨®mico en el que se puede grabar, leer y regrabar datos. Esta memoria es de un kilobyte (KB), peque?a, pero la mayor lograda en dos dimensiones. Su segunda aportaci¨®n es la enorme densidad del almacenamiento at¨®mico: multiplica por 500 la capacidad de los sistemas actuales. Eso s¨ª, requiere de una tecnolog¨ªa tan avanzada y unas condiciones tan extremas que tardar¨¢ en llegar a los ordenadores dom¨¦sticos.

El f¨ªsico te¨®rico y futuro premio Nobel, Richard Feynman, dijo el 29 de diciembre de 1959: "No veo nada en las leyes f¨ªsicas que impida construir ordenadores enormemente m¨¢s peque?os de lo que son ahora". Aquella conferencia se llamaba Al fondo hay mucho sitio (There's Plenty of Room at the Bottom, en el ingl¨¦s original) y es considerada el momento fundacional de la nanotecnolog¨ªa.

Aunque la miniaturizaci¨®n de la inform¨¢tica ha sido enorme, lo que Feynman ten¨ªa en mente era otra cosa. Pensaba en transistores, puertas l¨®gicas, condensadores... construidos a escala at¨®mica. Incluso, por qu¨¦ no, usar los ¨¢tomos para guardar datos. Aquella idea de Feynman tuvo que esperar a la invenci¨®n, en los a?os 80, del microscopio de efecto t¨²nel (MET), que permite ver al nivel at¨®mico. Tambi¨¦n tuvo que esperar a que una d¨¦cada m¨¢s tarde otro grupo de investigadores usara un MET para demostrar que tambi¨¦n serv¨ªa para mover los ¨¢tomos. Ahora, 25 a?os despu¨¦s de aquella demostraci¨®n y casi 60 de la conferencia de Feynman, su idea est¨¢ mucho m¨¢s cerca.

"En aquella charla, como un Julio Verne de la nanotecnolog¨ªa, Feynman hizo varias predicciones de las que se han verificado muchas. Pero hab¨ªa una en la que hablaba de c¨®mo ser¨ªa controlar los ¨¢tomos uno a uno", dice el investigador del Instituto Internacional Ib¨¦rico de Nanotecnolog¨ªa (INL), Joaqu¨ªn Fern¨¢ndez. La idea parec¨ªa alocada entonces, pero se?alaba las enormes posibilidades de la escala at¨®mica. "Nosotros hemos hecho realidad lo que so?¨®", a?ade el f¨ªsico espa?ol, profesor tambi¨¦n en la Universidad de Alicante.

El microscopio de efecto t¨²nel permite mover los ¨¢tomos como si fuera un ¨¢baco

Fern¨¢ndez, junto a otro colega del INL y f¨ªsicos de la Universidad Tecnol¨®gica de Delft (Pa¨ªses Bajos) vaporizaron cloro sobre un sustrato de cobre. Observado con el microscopio electr¨®nico, se puede apreciar (ver imagen) la distribuci¨®n de los ¨¢tomos de cloro, con ubicaciones donde no se ha depositado un ¨¢tomo, llamadas vacantes. La combinaci¨®n de una presencia (p) y una vacante (v) equivale a un bit. Seg¨²n su posici¨®n 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 ubicaci¨®n de los ¨¢tomos (lo que equivaldr¨ªa a leer los datos guardados). Con una determinada corriente el¨¦ctrica, permite mover los ¨¢tomos a la vacante adyacente como si fuera un ¨¢baco. Un movimiento at¨®mico que se traduce en el guardado o grabaci¨®n de nueva informaci¨®n.

"Adem¨¢s de mover los ¨¢tomos para almacenar informaci¨®n, una vez que los mueves son muy estables", comenta Fern¨¢ndez. La demostraci¨®n, presentada en la revista Nature Nanotechnology, la realizaron con una memoria de solo 8.000 bits, espacio suficiente para homenajear a Feynman insertando un p¨¢rrafo de su conferencia en los ¨¢tomos de cloro. Pero la configuraci¨®n es completamente escalable, "con el ¨²nico l¨ªmite de la paciencia", aclara el f¨ªsico espa?ol.

En 1959, el f¨ªsico Richard Feynman teoriz¨® sobre el uso de ¨¢tomos en la computaci¨®n

Otro dato a destacar de este trabajo es la enorme densidad que se consigue trabajando a escala at¨®mica. Con el patr¨®n ensayado, los investigadores lograron una capacidad cercana a los 80 Terabits por cent¨ªmetro cuadrado, unas 500 veces m¨¢s que un disco duro convencional. "Es casi imposible imaginar un sistema para almacenar informaci¨®n m¨¢s peque?o que este", sostiene Fern¨¢ndez.

Pero pasar¨¢ mucho tiempo hasta que un ordenador dom¨¦stico guarde los datos en ¨¢tomos, si es que lo hace alguna vez... Hay muchos retos que superar. El sustrato en el que se depositan los ¨¢tomos de claro debe ser extremadamente liso. Los microscopios con los que leer y manipular los ¨¢tomos est¨¢n dise?ados para ser muy precisos y la precisi¨®n 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 pod¨ªa usar este microscopio como grabadora, tardaron 22 horas en escribir las letras IBM con ¨¢tomos de xen¨®n. Es un avance, pero a¨²n demasiado lento.

Pero el mayor obst¨¢culo es el fr¨ªo. "En su configuraci¨®n actual, la memoria trabaja solo en condiciones de vac¨ªo y a la temperatura del nitr¨®geno l¨ªquido (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 pr¨¢ctica, el almacenamiento de datos a escala at¨®mica a¨²n queda algo lejos", a?ade. Feynman le recordar¨ªa que a¨²n hay mucho sitio al fondo.