La legge di Moore, il noto raddoppio della potenza di calcolo dei chip dei computer ogni 18 mesi circa, è stata accompagnata da un altrettanto costante aumento della capacità di archiviazione delle unità disco. Nel 1980, un disco rigido potrebbe memorizzare circa mezzo megabyte di dati in un pollice quadrato di spazio su disco; Ora, i produttori si stanno avvicinando a un milione di megabyte di dati per pollice quadrato.

Una tecnologia sperimentale chiamata memoria molecolare, che memorizzerebbe i dati in singole molecole, promette un altro 1, aumento di 000 volte della densità di stoccaggio. Ma i precedenti schemi per la memoria molecolare si basavano su sistemi fisici raffreddati vicino allo zero assoluto. Nell'edizione online del 23 gennaio di Natura , un team internazionale di ricercatori guidati da Jagadeesh Moodera, un ricercatore senior presso il Dipartimento di Fisica del MIT e presso il Francis Bitter Magnet Laboratory del MIT, descrive un nuovo schema di memoria molecolare che funziona intorno al punto di congelamento dell'acqua, che nel gergo della fisica conta come "temperatura ambiente".

Inoltre, dove gli schemi precedenti richiedevano l'interposizione delle molecole di accumulo tra due elettrodi ferromagnetici, il nuovo schema richiederebbe un solo elettrodo ferromagnetico. Ciò potrebbe semplificare notevolmente la produzione, come potrebbe la forma delle stesse molecole di accumulo:poiché sono costituite da fogli piatti di atomi di carbonio attaccati ad atomi di zinco, possono essere depositati in strati molto sottili con disposizioni molto precise.

Le molecole di stoccaggio sono state sviluppate dai chimici dell'Indian Institute of Science Education and Research di Kolkata, che sono coautori dell'articolo Nature. I chimici indiani ritenevano che le molecole potessero essere utili per il tipo di dispositivi sperimentali studiati dal gruppo di Moodera, che usano "spin, "una proprietà di minuscole particelle di materia, rappresentare i dati.

Mezzo panino

Sotto la supervisione di Moodera, Karthik Raman, poi studente di dottorato presso il Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali del MIT e ora scienziato presso l'IBM Research Lab in India, e Alexander Kamerbeek, uno studente in visita dell'Università di Groningen, ha depositato una sottile pellicola del materiale su un elettrodo ferromagnetico e ha aggiunto un secondo elettrodo ferromagnetico sopra, la struttura standard per le memorie magnetiche. L'idea è che un cambiamento relativo nell'orientamento magnetico degli elettrodi provochi un improvviso salto nella conduttività del dispositivo. I due stati di conducibilità rappresentano gli 1 e gli 0 della logica binaria.

Con loro sorpresa, però, i ricercatori del MIT hanno misurato non uno ma due salti di conduttività. Ciò implicava che gli elettrodi stavano cambiando la conduttività del dispositivo in modo indipendente. "Secondo la conoscenza comune, questo non dovrebbe succedere, "dice Moodera.

A conferma della loro intuizione, i ricercatori hanno eseguito di nuovo l'esperimento, ma invece di usare due elettrodi ferromagnetici, hanno usato un elettrodo ferromagnetico e un normale elettrodo metallico, il cui unico scopo era quello di leggere la corrente che attraversa la molecola. Infatti, hanno scoperto che il salto di conduttività si verificava ancora.

Come spiega Moodera, la capacità di alterare la conduttività delle molecole con un solo elettrodo potrebbe semplificare drasticamente la fabbricazione della memoria molecolare. L'elettrodo inferiore di una cella di memoria può essere depositato in uno strato perfettamente piano e le molecole di accumulo sovrapposte. Ma se lo strato successivo da depositare è l'elettrodo superiore, le sue molecole tenderanno a mischiarsi con le molecole di riserva. Se l'elettrodo è magnetico, che la commistione può compromettere le prestazioni della cellula; se è metallico, non lo farà.

In un disegno alternativo, l'elettrodo superiore è una punta minuscola, come la punta di un microscopio a forza atomica, posizionati a meno di un nanometro sopra le molecole di accumulo. Ma di nuovo, un elettrodo magnetico pone problemi, in questo caso, limitando quanto densamente le celle di stoccaggio possono essere imballate. Se sono troppo vicini tra loro, una punta magnetica potrebbe cambiare l'orientamento magnetico delle celle adiacenti a quella che intende indirizzare. Questo non è un problema con le punte non magnetiche.

Stoccaggio impilabile

La forma delle molecole stesse potrebbe anche semplificare la fabbricazione della memoria molecolare. Tipicamente, le memorie molecolari sperimentali sono costituite da cinque o sei strati di molecole racchiuse tra gli elettrodi. Se queste molecole sono correttamente allineate, mostrano grandi oscillazioni di conduttività, ma se non lo sono, non lo fanno. Garantire il loro corretto allineamento è un altro processo ad alta intensità di lavoro.

Le molecole sviluppate dai ricercatori indiani, però, sono costituiti da atomi di zinco attaccati a fogli piatti di carbonio, che naturalmente tendono ad allinearsi tra loro. I ricercatori del MIT hanno anche dimostrato che due strati di molecole erano sufficienti per produrre una cella di memoria. "Se metti un intero gruppo di molecole tra gli elettrodi, è più difficile da controllare, "dice Moodera.

"L'effetto di commutazione vicino alla temperatura ambiente è dovuto alla forte interazione della molecola con la superficie magnetica, " Aggiunge Raman. "Questo rende la molecola magnetica e la stabilizza".

Jing Shi, professore di fisica all'Università della California a Riverside, fa notare che la magnetoresistenza gigante, il fenomeno fisico scoperto nel 1988 che è alla base della maggior parte dei moderni dispositivi di memorizzazione dei dati, ha vinto il Premio Nobel 2007 per la fisica ai suoi scopritori. Moodera, Raman, e i loro colleghi "hanno trovato un nuovo tipo di magnetoresistenza, " Shi dice. "Questo è molto nuovo, because you don't need very complicated material structures." As a consequence, lui dice, "The fabrication process could be simpler and very flexible. You only have to prepare this interfacial layer with the desired properties; then you can, in linea di principio, recognize magnetoresistance."

"Obviously, it has some way to go, " Shi adds, "but this is a proof of concept."

Moodera agrees. "This is only the tip of the tip of the iceberg, " he says. At present, the researchers' experimental setup exhibits only a 20 percent change in conductivity, which is probably not enough for a commercial device. Together with researchers at the Peter Grünberg Institute in Jülich, Germania, who are also co-authors on the Nature paper, Moodera, Raman, and Kamerbeek have developed a theoretical explanation for the unexpected phenomenon of single-electrode switching. But if they can fill in the gaps in their understanding, Moodera says, they can design new organic molecules that should exhibit higher swings in conductivity. "It's possible to control the shape of organic molecules, " Moodera says. "Every year, chemists come up with hundreds of thousands of them."

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.