L’ideazione, lo sviluppo o il miglioramento delle nuove tecniche per memorizzare informazioni digitali è uno dei campi di ricerca scientifica a più rapida crescita anche perché la memorizzazione di dati digitali è diventato negli ultimi anni uno dei bisogni più pressanti tra le più grandi aziende tecnologiche del mondo.
Per quanto riguarda gli hard disk e altre tipologie di memoria in commercio, ci si sta sempre di più avvicinando alla memorizzazione massima in una determinata misura spaziale, cosa che porrebbe un forte limite alla crescita tecnologica stessa di questi supporti.
Memorizzare i bit direttamente nei singoli atomi
E se si potessero memorizzare i bit direttamente nei singoli atomi? Si potrebbe ampliare la capacità di memorizzazione massima attualmente raggiungibile di moltissime migliaia di volte.
Come può essere fatto? Si potrebbero sfruttare i momenti angolari degli elettroni intorno al nucleo dell’atomo. Un nuovo passo avanti in tal senso è stato effettuato da un team di ricercatori della Delft University of Technology.
Momenti angolari degli elettroni
I momenti angolari degli elettroni sono quei movimenti di rotazione intorno al nucleo oppure di rotazione sul proprio asse svolti dagli elettroni negli atomi. La rotazione intorno al nucleo è denominata “momento angolare orbitale ” mentre la rotazione intorno al proprio asse è denominata “momento angolare di spin” o più brevemente “spin”.
L’approccio teorico prevede che questi movimenti potrebbero essere utilizzati per memorizzare le informazioni perché, ad esempio, la rotazione orbitale può essere eseguita dall’elettrone in senso orario oppure antiorario. Si tratta di due stati diversi che possono dunque rappresentare lo 0 e l’1 di un bit. Stessa cosa dicasi anche per lo spin che può svolgersi su due direzioni di rotazione.
C’è un piccolo problema
In teoria quindi si potrebbero memorizzare in in un singolo atomo 2 bit ma c’è un problema, come spiega Sander Otte, ricercatore a capo dello studio: quando si inverte la direzione del momento orbitale, parallelamente cambia anche la direzione dello spin e viceversa.
I ricercatori sono riusciti a creare un metodo per invertire solo la direzione orbitale senza che questa influenzi la direzione dello spin. Hanno usato un fenomeno noto come “effetto di Einstein-de Haas”: l’inversione della rotazione orbitale può essere compensata da una piccolissima rotazione ambientale. In questo caso questa rotazione può essere fatta eseguire dal pezzo di metallo a cui lo stesso atomo appartiene. Si viene a creare, dunque, una geometria ideale per manipolare il magnetismo atomico, qualcosa che si verifica molto raramente in maniera spontanea in natura.
È ancora fantascienza?
Memorizzare i bit in singoli atomi attualmente sembra essere ancora fantascienza ma questa scoperta infonde un po’di fiducia in più: “Il risultato principale è che abbiamo fatto un altro passo avanti nella nostra capacità di controllare gli atomi e persino gli elettroni che orbitano intorno a loro. Questo è un obiettivo meraviglioso in sé e per sé”, spiega Otte.
Approfondimenti
- Complete reversal of the atomic unquenched orbital moment by a single electron | npj Quantum Materials (IA) (DOI: 10.1038/s41535-020-00262-w)
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