Bộ nhớ từ nhỏ nhất chỉ sử dụng 12 nguyên tử

Một tá nguyên tử là có thể lưu trữ dữ liệu từ tính, một kì công thường được thực hiện bởi một triệu nguyên tử. Thành tựu này một ngày nào đó sẽ có thể giúp thu nhỏ các dụng cụ lưu trữ dữ liệu trên máy vi tính.

Các ổ đĩa cứng ngày nay lưu trữ dữ liệu bằng cách sử dụng một nam châm điện nhỏ xíu sắp hàng các nguyên tử trong một màng mỏng kim loại quay bên dưới nó. Khi spin của khoảng một triệu những nguyên tử này được sắp cùng chiều với nhau, thì từ trường tổng hợp của chúng có thể phát hiện ra bằng nam châm điện ở lần đi qua tiếp theo của nó. Điều này có nghĩa là nhóm một triệu nguyên tử chỉ lưu trữ một bit dữ liệu – bit 1 hoặc 0 trong mã nhị phân.

Hai hàng gồm 6 nguyên tử sắt có thể lưu trữ một bit thông tin – nếu các nguyên tử liền kề có spin ngược nhau. Ảnh: IBM Research

Thật không may, từ trường tổng hợp đó còn ảnh hưởng đến những bit liền kề, làm hạn chế mức độ sít sao của chúng. Nay Andreas Heinrich thuộc Trung tâm nghiên cứu IBM Almaden ở San Jose, California, và các đồng sự vừa chế tạo ra được những bit từ nhỏ nhất từ trước đến nay – và chúng có thể phân bố sít sao hơn nhiều so với những bit lớn hơn nhiều ngày nay.

Phân bố dày đặc

Sử dụng một kính hiển vi quét chui hầm, các nhà nghiên cứu đã có thể mã hóa một bit dữ liệu trong chỉ 12 nguyên tử sắt giữ một nhiệt độ chỉ vài độ trên không độ tuyệt đối. Số lượng nguyên tử nhỏ hơn nữa là rất kém bền để tác dụng làm bit – không có các láng giềng tương tác và làm chúng cân bằng, các nguyên tử hành xử giống như những đối tượng lượng tử tồn tại trong nhiều trạng thái spin cùng một lúc.

Sau đó, đội nghiên cứu đặt 8 trong số 12 bit nguyên tử liền cạnh nhau, tạo ra một byte dữ liệu gồm 96 nguyên tử. Vì không có từ trường tản lạc trong mỗi đám gồm 12 nguyên tử, nên các bit có thể đặt rất gần nhau, tạo ra một byte dày đặc gấp 100 lần so với cái dùng trong các ổ đĩa cứng ngày nay. “Bạn có thể xếp những cái như thế này gần sát nhau như bạn muốn,” Heinrich nói.

Ông cho biết tiến bộ chủ yếu từ thí nghiệm này là việc chứng minh số lượng nguyên tử mà vật lí cổ điển chuyển giao với cơ học lượng tử ở những nhiệt độ gần không độ tuyệt đối. Việc thu được những kết quả tương tự ở nhiệt độ phòng – trong đó các nguyên tử khó điều khiển hơn vì chúng linh động hơn – sẽ là một thách thức. Nhưng ông cho biết một ngày nào đó các phản nam châm có thể tạo nên nền tảng của những dụng cụ thu nhỏ có thể lưu trữ dữ liệu hiệu quả hơn nhiều so với những ổ đĩa cứng hiện nay.

Tham khảo: Science, DOI: 10.1126/science.1214131

Hoài Ân – thuvienvatly.com
Theo New Scientist