Hay un dicho que dice que la cantidad de datos siempre crece hasta llenar todo el espacio disponible. Quizás hace veinte años, era común almacenar software, música MP3, películas y otros archivos en una computadora que podrían haberse acumulado a lo largo de los años. En aquellos días, cuando los discos duros podían contener decenas de gigabytes de memoria, casi inevitablemente terminaban desbordados.
Ahora que hay Internet de banda ancha rápida disponible y ni siquiera pensamos en descargar un DVD de 4,7 GB, el almacenamiento de datos es aún más rápido. Se estima que la cantidad total de datos almacenados en computadoras en todo el mundo aumentará de 4,4 billones de gigabytes en 2013 a 44 billones en 2020. Esto significa que en promedio generamos aproximadamente 15 millones de gigabytes por día. Aunque los discos duros ahora se miden en miles de gigabytes en lugar de decenas, todavía tenemos un problema de almacenamiento.
Se dedica gran parte de la investigación y el desarrollo a encontrar nuevas formas de almacenar datos que permitan una mayor densidad y, por lo tanto, almacenar más información con mayor eficiencia energética. A veces, esto se debe a la actualización de métodos conocidos y familiares. Por ejemplo, IBM anunció recientemente una nueva tecnología. Su cinta magnética es capaz de almacenar 25 gigabytes de información por pulgada cuadrada (aproximadamente 6,5 centímetros cuadrados), un nuevo récord mundial para una tecnología que tiene sesenta años. Aunque los discos duros de estado sólido actuales tienen una densidad más alta, alrededor de 200 gigabytes por pulgada cuadrada, las cintas magnéticas todavía se usan comúnmente para hacer copias de seguridad de los datos.
Sin embargo, la investigación moderna en el campo del almacenamiento de datos ya se está ocupando de átomos y moléculas individuales, que es objetivamente el último límite de la miniaturización tecnológica.
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Los imanes monoatómicos y monomoleculares no necesitan comunicarse con los vecinos para mantener su memoria magnética. El punto es que aquí el efecto memoria surge de las leyes de la mecánica cuántica. Debido a que los átomos o moléculas son mucho más pequeños que los dominios magnéticos que se usan actualmente y se pueden usar individualmente en lugar de en grupos, se pueden "empaquetar" más apretadamente, lo que podría conducir a un salto gigante en la densidad de datos.
Este tipo de trabajo con átomos y moléculas ya no es ciencia ficción. Los efectos de la memoria magnética en imanes de una sola molécula se descubrieron por primera vez en 1993, y en 2016 se demostraron efectos similares para los imanes de un solo átomo.
El principal problema al que se enfrentan estas tecnologías desde el laboratorio hasta la producción en masa es que aún no funcionan a temperaturas ambientales normales. Tanto los átomos individuales como los imanes monomoleculares requieren enfriamiento con helio líquido (hasta una temperatura de -269 ° C), y este es un recurso caro y limitado. Sin embargo, recientemente, un grupo de investigación de la Facultad de Química de la Universidad de Manchester logró una histéresis magnética, o la aparición de un efecto de memoria magnética, en un imán de una sola molécula a -213 ° C utilizando una nueva molécula derivada de elementos de tierras raras, como se informa en su carta. a la revista Nature. Por lo tanto, habiendo dado un salto de 56 grados, estaban a solo 17 grados de la temperatura del nitrógeno líquido.
Sin embargo, también existen otros problemas. Para almacenar realmente bits de datos individuales, las moléculas deben estar fijadas a superficies. Esto ya se logró con imanes de una sola molécula en el pasado, pero no con la última generación de imanes de alta temperatura. Al mismo tiempo, este efecto ya se ha demostrado en átomos individuales fijados en la superficie.
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La prueba definitiva es la demostración de la lectura no destructiva de información de átomos y moléculas individuales. Este objetivo fue logrado por primera vez en 2017 por un equipo de investigadores de IBM, que demostró el dispositivo de almacenamiento magnético más pequeño construido con un imán monoatómico.
Sin embargo, independientemente de si los dispositivos de memoria monoatómicos y monomoleculares se aplicarán realmente en la práctica y se generalizarán, los logros de la ciencia fundamental en esta dirección no pueden dejar de reconocerse como simplemente fenomenales. Los métodos de química sintética desarrollados por grupos de investigación que trabajan con imanes de una sola molécula permiten hoy en día crear moléculas con propiedades magnéticas individuales, que encontrarán aplicación en la computación cuántica e incluso en la resonancia magnética.
Igor Abramov
