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Un átomo es igual a un bit: de acuerdo con este principio de diseño, sería posible  construir memorias de datos magnéticos en el futuro. Actualmente, se necesita un compuesto de varios millones de átomos para estabilizar un bit magnético de manera que los datos del disco duro permanezcan seguros durante varios años. Sin embargo, los investigadores apenas han dado un gran paso hacia un único átomo como bit, se ha fijado un solo átomo sobre una superficie de tal forma que el espín magnético se mantuvo estable durante diez minutos. El artículo aparece en la  revista Nature (DOI 10.1038/nature12759).

«A menudo, un solo átomo fijado a un sustrato es tan sensible que su orientación magnética es estable solo durante fracciones de un microsegundo (200 nanosegundos),»  según explica Wulf Wulfhekel del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) . Junto con colegas de Halle, han logrado extender este período por un factor de alrededor de mil millones, hasta varios minutos. «Esto no sólo abre la posibilidad de diseñar memorias de ordenadores más compactas, sino que  también podría ser la base para la configuración de los ordenadores cuánticos», dice Wulfhekel. Los ordenadores cuánticos están basados en  propiedades físicas cuánticas de los sistemas atómicos. Al menos en teoría, su velocidad puede ser superior a la de los ordenadores clásicos por varios factores.

En su experimento, los investigadores colocaron un solo átomo de holmio sobre un substrato de platino. A temperaturas cercanas al cero absoluto, es decir, alrededor de un Kelvin, se mide la orientación magnética de los átomos con la fina punta de un microscopio de efecto túnel. El espín magnético cambió después de sólo unos 10 minutos. «Por lo tanto, el espín magnético del sistema es estable durante un período que es aproximadamente mil millones de veces más largo que el de los sistemas atómicos comparables,» hace hincapié  Wulfhekel. Para el experimento, se aplicó un análisis novedoso del microscopio de efecto túnel. Gracias a su sistema de refrigeración especial para el rango de temperaturas cercanas al cero absoluto,  está casi libre de vibraciones y permite largos tiempos de medida.

«Para estabilizar el momento magnético por períodos más largos de tiempo, se suprimió el impacto del entorno en el átomo,» indica Arthur Ernst, del Instituto Max Planck de Física de la microestructura. Realizó los cálculos teóricos para el experimento. Normalmente, los electrones del sustrato y del átomo interactúan cuánticamente y desestabilizan el espín del átomo en microsegundos o incluso más rápidamente. Cuando se utiliza holmio y platino a bajas temperaturas, las interacciones perturbadoras se excluyen debido a las propiedades de simetría del sistema cuántico. «En principio, holmio y  platino son invisibles el uno al otro en la medida que se refiere a la dispersión del espín,» dice Ernst. Ahora, el espín del  holmio podría ajustarse y la información puede ser escrita por medio de campos magnéticos externos. Este sería el requisito previo para el desarrollo de memorias de datos compactas u ordenadores cuánticos.

 Karlsruhe Institute of Technology (KIT) es una corporación pública de acuerdo con la legislación del estado de Baden-Württemberg (Alemania). Cumple con la misión de una universidad y la misión de un centro de investigación nacional de la Asociación Helmholtz. Las actividades de investigación se centran en la energía, el medio ambiente natural y construido, así como en la sociedad y la tecnología y cubren todo el rango que va desde los aspectos fundamentales de la aplicación. Con cerca de 9000 empleados, incluyendo cerca de 6000 miembros del personal en el sector de la ciencia y la educación, y 24000 estudiantes, KIT es una de las instituciones de educación más grande de  investigación de  Europa. La obra de KIT se basa en el triángulo del conocimiento de la investigación, la docencia y la innovación.

Este comunicado de prensa está disponible en http://www.kit.edu .