Si dice che la quantità di dati cresce sempre fino a riempire tutto lo spazio disponibile. Forse vent'anni fa, era un luogo comune archiviare software, musica MP3, film e altri file su un computer che avrebbero potuto accumularsi nel corso degli anni. In quei giorni, quando i dischi rigidi potevano contenere decine di gigabyte di memoria, quasi inevitabilmente finivano per traboccare.
Ora che è disponibile Internet a banda larga veloce e non pensiamo nemmeno di scaricare un DVD da 4,7 GB, l'archiviazione dei dati è ancora più veloce. Si stima che la quantità totale di dati archiviati su computer in tutto il mondo crescerà da 4,4 trilioni di gigabyte nel 2013 a 44 trilioni nel 2020. Ciò significa che in media generiamo circa 15 milioni di gigabyte al giorno. Anche se ora i dischi rigidi vengono misurati in migliaia di gigabyte anziché in decine, abbiamo ancora un problema di archiviazione.
Gran parte della ricerca e sviluppo è dedicata alla ricerca di nuovi modi per memorizzare i dati che consentirebbero una maggiore densità e quindi memorizzare più informazioni con una maggiore efficienza energetica. A volte ciò è dovuto all'aggiornamento di metodi familiari e noti. Ad esempio, IBM ha recentemente annunciato una nuova tecnologia. Il loro nastro magnetico è in grado di memorizzare 25 gigabyte di informazioni per pollice quadrato (circa 6,5 centimetri quadrati): un nuovo record mondiale per una tecnologia vecchia di sessant'anni. Sebbene i dischi rigidi a stato solido odierni abbiano una densità maggiore, circa 200 gigabyte per pollice quadrato, i nastri magnetici sono ancora comunemente usati per il backup dei dati.
Tuttavia, la ricerca moderna nel campo della memorizzazione dei dati si occupa già di singoli atomi e molecole, che è oggettivamente l'ultimo limite della miniaturizzazione tecnologica.
I magneti monoatomici e monomolecolari non hanno bisogno di comunicare con quelli vicini per mantenere la loro memoria magnetica. Il punto è che qui l'effetto memoria nasce dalle leggi della meccanica quantistica. Poiché gli atomi o le molecole sono molto più piccoli dei domini magnetici attualmente utilizzati e possono essere utilizzati individualmente anziché in gruppi, possono essere "impacchettati" più strettamente, il che potrebbe portare a un balzo in avanti nella densità dei dati.
Questo tipo di lavoro con atomi e molecole non è più fantascienza. Gli effetti della memoria magnetica nei magneti monomolecolari sono stati scoperti per la prima volta nel 1993 e nel 2016 sono stati dimostrati effetti simili per i magneti a singolo atomo.
Il problema principale che devono affrontare queste tecnologie dal laboratorio alla produzione di massa è che non funzionano ancora a temperature ambiente normali. Sia i singoli atomi che i magneti monomolecolari richiedono il raffreddamento con elio liquido (fino a una temperatura di - 269 ° C), e questa è una risorsa costosa e limitata. Tuttavia, recentemente, un gruppo di ricerca presso la University of Manchester School of Chemistry ha ottenuto l'isteresi magnetica, o la comparsa di un effetto di memoria magnetica, in un magnete a molecola singola a - 213 ° C utilizzando una nuova molecola derivata da elementi delle terre rare, come riportato nella loro lettera alla rivista Nature. Quindi, dopo aver fatto un salto di 56 gradi, erano a soli 17 gradi dalla temperatura dell'azoto liquido.
Tuttavia, ci sono anche altri problemi. Per memorizzare effettivamente singoli bit di dati, le molecole devono essere fissate alle superfici. Questo è già stato ottenuto in passato con magneti a molecola singola, ma non per l'ultima generazione di magneti per alte temperature. Allo stesso tempo, questo effetto è già stato dimostrato su singoli atomi fissati sulla superficie.
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Il test finale è la dimostrazione della lettura non distruttiva di informazioni da singoli atomi e molecole. Questo obiettivo è stato raggiunto per la prima volta nel 2017 da un team di ricercatori IBM, che ha dimostrato il più piccolo dispositivo di memorizzazione magnetico costruito con un magnete monoatomico.
Tuttavia, indipendentemente dal fatto che i dispositivi di memoria monoatomici e monomolecolari verranno effettivamente utilizzati nella pratica e diventeranno diffusi, i risultati della scienza fondamentale in questa direzione non possono che essere riconosciuti come semplicemente fenomenali. I metodi di chimica sintetica sviluppati da gruppi di ricerca che lavorano con magneti monomolecolari consentono oggi di creare molecole con proprietà magnetiche individuali, che troveranno applicazione nel calcolo quantistico e persino nella risonanza magnetica.
Igor Abramov
