Un team guidato da Stanford ha inventato un modo per archiviare i dati facendo scorrere strati di metallo atomicamente sottili l'uno sull'altro, un approccio che potrebbe racchiudere più dati in meno spazio rispetto ai chip di silicio, consumando anche meno energia.

La ricerca, guidato da Aaron Lindenberg, professore associato di scienza e ingegneria dei materiali a Stanford e allo SLAC National Accelerator Laboratory, sarebbe un aggiornamento significativo rispetto al tipo di memoria non volatile che i computer di oggi realizzano con tecnologie basate sul silicio come i chip flash.

Xiang Zhang, ingegnere meccanico dell'Università di Berkeley, Xiaofeng Qian, scienziato dei materiali della Texas A&M, e il professore di scienza e ingegneria dei materiali di Stanford/SLAC Thomas Devereaux ha anche aiutato a dirigere gli esperimenti, che sono descritti nella rivista Fisica della natura . La svolta si basa su una classe di metalli recentemente scoperta che forma strati incredibilmente sottili, in questo caso solo tre atomi di spessore. I ricercatori hanno impilato questi strati, fatto da un metallo noto come ditelluride di tungsteno, come un mazzo di carte su scala nanometrica. Iniettando una piccola quantità di elettricità nella pila, hanno fatto sì che ogni strato dispari si spostasse leggermente rispetto agli strati pari sopra e sotto di esso. L'offset era permanente, o non volatile, fino a quando un'altra scossa di elettricità non fece riallineare nuovamente gli strati pari e dispari.

"La disposizione dei livelli diventa un metodo per codificare le informazioni, "Lindenberg dice, creando l'on-off, 1 e 0 che memorizzano dati binari.

Per leggere i dati digitali memorizzati tra questi strati mobili di atomi, i ricercatori sfruttano una proprietà quantistica nota come curvatura di Berry, che agisce come un campo magnetico per manipolare gli elettroni nel materiale per leggere la disposizione degli strati senza disturbare lo stack.

Jun Xiao, uno studioso postdottorato nel laboratorio di Lindenberg e primo autore dell'articolo, ha detto che ci vuole pochissima energia per spostare gli strati avanti e indietro. Ciò significa che dovrebbe richiedere molta meno energia per "scrivere" uno zero o uno sul nuovo dispositivo rispetto a quanto richiesto dalle odierne tecnologie di memoria non volatile. Per di più, sulla base di ricerche dello stesso gruppo pubblicate in Natura l'anno scorso, lo scorrimento degli strati atomici può avvenire così rapidamente che l'archiviazione dei dati potrebbe essere realizzata più di cento volte più velocemente rispetto alle tecnologie attuali.

Il design del dispositivo prototipo si è basato in parte su calcoli teorici forniti dai coautori Xiaofeng Qian, un assistente professore presso la Texas A&M University, e Hua Wang uno studente laureato nel suo laboratorio. Dopo che i ricercatori hanno osservato risultati sperimentali coerenti con le previsioni teoriche, hanno fatto ulteriori calcoli che li portano a credere che ulteriori perfezionamenti al loro design miglioreranno notevolmente la capacità di archiviazione di questo nuovo approccio, aprendo la strada a un cambiamento verso un nuovo, e una classe molto più potente di memoria non volatile che utilizza materiali 2-D ultrasottili.

Il team ha brevettato la propria tecnologia mentre perfeziona ulteriormente il prototipo e il design della memoria. Hanno anche in programma di cercare altri materiali 2-D che potrebbero funzionare ancora meglio come supporti di archiviazione dati rispetto al ditelluride di tungsteno.

"La linea di fondo scientifica qui, " Lindenberg aggiunge, "è che piccoli aggiustamenti a questi strati ultrasottili hanno una grande influenza sulle sue proprietà funzionali. Possiamo usare quella conoscenza per progettare dispositivi nuovi ed efficienti dal punto di vista energetico verso un futuro sostenibile e intelligente".