Para ilmuwan di Radboud University menemukan mekanisme baru untuk penyimpanan informasi magnetik di unit terkecil materi: atom tunggal. Sementara bukti prinsip yang didemonstrasikan pada suhu yang sangat rendah, mekanisme ini menunjukkan harapan untuk dapat dioperasikan pada temperatur ruangan. Dengan cara ini, dimungkinkan untuk menyimpan ribuan kali lebih banyak informasi daripada di hard drive saat ini. Temuan mereka telah dipublikasikan di Nature Communications .
Karena arsitektur komputasi kita saat ini tidak semakin cepat dan menggunakan banyak daya, dikombinasikan dengan tuntutan yang meledak untuk menyimpan informasi, para peneliti tertarik dengan strategi baru untuk menyimpan lebih banyak informasi dengan cara menggunakan energi yang lebih efisien. Satu jalur potensial adalah menyimpan informasi pada batas skala penghabisan: atom tunggal.
“Komputer telah mencapai batasan mendasar mengenai seberapa jauh lebih baik yang bisa mereka dapatkan, menciptakan permintaan besar dalam penelitian material untuk alternatif. Komputer modern menggunakan banyak listrik, saat ini menuntut lebih dari 5 persen listrik dunia. Ilmu pengetahuan fundamental mengatakan kita bisa mendapatkan lebih banyak dalam efisiensi energi. Kami berfokus pada komponen dasar komputer modern: sedikit memori. Kami menggunakan atom, karena merupakan unit terkecil dari materi dan juga memungkinkan kita untuk lebih memahami ilmu dasar di balik perilakunya. Pertanyaan kita saat ini: bagaimana kita dapat menyimpan informasi dalam satu atom dan seberapa stabil kita dapat membuat informasi itu? ”, Penulis pertama Brian Kiraly menjelaskan.
Ketika Anda turun ke tingkat atom tunggal, atom yang bersifat magnetis, tidak lagi tetap stabil. “Apa yang mendefinisikan magnet permanen adalah bahwa ia memiliki kutub utara dan selatan, yang tetap dalam orientasi yang sama”, Alexander Khajetoorians menjelaskan, “Tapi ketika Anda turun ke sebuah atom tunggal, kutub utara dan selatan atom mulai berputar dan tidak tahu ke arah mana mereka harus menunjuk, karena mereka menjadi sangat sensitif terhadap lingkungannya. Jika Anda menginginkan sebuah atom magnetik untuk menyimpan informasi, ia tidak dapat membalik. Selama sepuluh tahun terakhir para peneliti telah bertanya: agar atom berhenti membalik, berapa banyak atom yang diperlukan untuk menstabilkan magnet, dan berapa lama ia dapat menyimpan informasi sebelum membalik lagi? Dalam dua tahun terakhir, ilmuwan di Lausanne dan di IBM Almaden telah menemukan cara untuk menjaga atom agar tidak membalik, menunjukkan bahwa satu atom dapat menjadi memori. Untuk melakukan ini, para peneliti harus menggunakan suhu yang sangat rendah, di -233 derajat Celcius. Teknologi ini terbatas pada suhu yang sangat rendah. ”
Para ilmuwan di Radboud University mengambil pendekatan yang berbeda. Dengan memilih substrat khusus – semikonduktor fosfor hitam-, mereka menemukan cara baru untuk menyimpan informasi dalam atom kobalt tunggal, yang melewati masalah konvensional dengan ketidakstabilan. Menggunakan mikroskop scanning tunneling, di mana ujung logam tajam bergerak di permukaannya hanya beberapa atom, mereka bisa “melihat” atom kobalt tunggal pada permukaan fosfor hitam. Karena resolusi yang sangat tinggi dan sifat-sifat khusus dari bahan tersebut, mereka secara langsung menunjukkan bahwa atom kobal tunggal dapat dimanipulasi menjadi salah satu dari dua keadaan bit.
Elektron dalam sebuah atom mengorbit di sekitar inti, tetapi juga “berputar” sendiri, seperti Bumi berputar di sekitar Matahari dan sumbunya sendiri. Jumlah total yang berputar, atau momentum sudutnya, adalah apa yang menghasilkan magnet. “Alih-alih momentum sudut putar ini, yang digunakan para peneliti sebelumnya, kami menemukan cara untuk membuat perbedaan energi antara beberapa orbital atom kobalt dan sekarang menggunakan momentum sudut orbital untuk memori atom kita. Ini memiliki penghalang energi yang jauh lebih besar dan mungkin layak untuk membuat memori atom tunggal stabil pada suhu kamar.
Pada akhirnya, itu masih berupa magnet dengan momentum sudut, tetapi kita sekarang dapat mengontrol kedaan atom dari 0 ke 1, yang memiliki stabilitas yang jauh lebih tinggi daripada magnet lainnya,” kata Kiraly. “Saat pertama kali melakukan eksperimen dan melihat pengalihan biner ini, kami tidak yakin dengan apa yang sedang terjadi. Dalam kolaborasi yang indah dengan para ahli teori dari Universitas Radboud, Misha Katsnelson dan Sasha Rudenko, kami dapat menunjukkan bahwa kami mengamati momen orbit atom dan telah menciptakan sebuah memori baru,” Khajetoorians menambahkan.
Saat ini, elemen-elemen yang menyimpan bit dalam hard disk masih seribu kali lebih besar daripada atom. Khajetoorians: “Apa artinya pekerjaan ini adalah, jika kita dapat membuat hard drive nyata dari semua atom ini – dan kita masih jauh dari itu – Anda dapat menyimpan informasi ribuan kali lebih banyak.”
