Ilmuwan Nano IBM Simpan Satu Bit Data pada Satu Atom—Terobosan dalam Memori Ultra-Miniatur
Bayangkan memasukkan seluruh perpustakaan iTunes berisi 35 juta lagu ke dalam perangkat berukuran kartu kredit. Sementara masih mimpi, studi terbaru oleh IBM Research-Almaden di San Jose, California, mendekatkan kita pada kenyataan. Dipublikasikan di Nature, penelitian menunjukkan cara membaca dan menulis satu bit data pada satu atom—menakjubkan, seluruh hard-disk drive menggunakan 100.000 hingga satu juta atom untuk satu bit.
Satu atom holmium, elemen tanah langka, berfungsi sebagai magnet terkecil di dunia untuk mengkode satu bit data.
Bagaimana Cara Kerjanya
Bits—unit informasi dasar—hanya dapat bernilai 0 atau 1, mirip saklar lampu. Menentukan jumlah atom minimum yang diperlukan untuk membuat bit magnetik yang andal telah lama menjadi tantangan. Dalam studi ini, tim merancang magnet terkecil yang pernah ada: satu atom holmium. Dilampirkan pada permukaan oksida magnesium, kutub utara dan selatan atom tetap terarah stabil bahkan ketika magnet tetangga mengganggu. Kedua orientasi ini mendefinisikan 0 dan 1 bit.
Mikroskop penggelindingan tunel (STM) buatan IBM yang berhadiah Nobel menyampaikan arus yang difokuskan yang membalikkan orientasi magnetik atom, memungkinkan operasi “tulis”. STM yang sama mengukur arus magnetik yang dihasilkan untuk membaca nilai bit. Kemampuan baca/tulis ganda ini menandai tonggak penting dalam teknologi memori skala atom.
Bertemu Para Peneliti
Christopher Lutz, peneliti nanosains IBM, menggunakan STM untuk merekam data pada magnet terkecil di dunia.
Christopher Lutz, fisikawan dengan latar belakang ilmu komputer, selama bertahun-tahun menjadi pionir dalam manipulasi skala atom. Setelah jeda singkat dari program doktorannya di UC Santa Cruz, ia bergabung dengan IBM Research-Almaden pada 1985, di mana ia membangun komputer paralel untuk mensimulasikan fisika atom. Bekerja sama dengan laureat Nobel Don Eigler dan kemudian dengan Andreas Heinrich, Lutz telah memimpin lebih dari 25 tahun penelitian terobosan, termasuk penciptaan film terkecil di dunia, “A Boy and His Atom.”
“Saya melihat dunia sebagai serangkaian komputasi,” jelas Lutz. “Dengan menyusun atom dengan presisi nanometer, kita dapat membangun gerbang logika dan, sebagaimana ditunjukkan dalam studi ini, satu atom dapat dengan andal menyimpan satu bit data.”
Peneliti pasca sarjana Kai Yang, asal dari kota kecil di China, bergabung dengan tim setelah menjadi sukarelawan sebagai pemandu tur kampus selama kunjungan IBM. Ia mengingat betapa dekat proyek ini dengan kegagalan: setelah sebulan upaya gagal untuk mendeteksi dua keadaan magnetik stabil, tim menghadapi batas waktu enam jam. Bekerja siang dan malam, mereka akhirnya berhasil pada pukul 4 pagi dengan teknik arus impuls terobosan, hasil yang dipublikasikan di Nature.
Ilmuwan nano IBM Christopher Lutz (kiri) dan Kai Yang (kanan) di IBM Research-Almaden.
Dankah pekerjaan ini, Yang diakui sebagai salah satu 30 Inovator Di Bawah 35 MIT Technology Review dan kini bertugas sebagai peneliti pasca sarjana di IBM.
Menatap ke depan, tim terus menjelajahi magnetisme atom individu dan interaksi mereka. Dengan menyusun atom ke dalam struktur baru pada permukaan, mereka menggunakan resonansi spin tunggal atom—teknologi terinspirasi MRI—untuk menyelidiki properti magnetik dengan resolusi yang tidak pernah ada sebelumnya.
