Un atomo equivale a un bit: è in base a questo principio di progettazione che un team di ricercatori (Karlsruhe Institute of Technology (KIT), Max Planck Institute of Microstructure Physics di Halle e Università di Lipsia) vuole costruire la memoria magnetica del futuro. Attualmente sono necessari diversi milioni di atomi per stabilizzare un bit magnetico in modo che i dati rimangano al sicuro e accessibili per diversi anni. I ricercatori del KIT hanno però fatto un grande passo avanti nell'uso di un singolo atomo per bit: hanno fissato un atomo su una superficie in modo che lo spin magnetico rimanesse stabile per dieci minuti.
"Spesso un singolo atomo fissato su un substrato è così sensibile che il suo orientamento magnetico è stabile solamente per frazioni di microsecondi - 200 nanosecondi", ha affermato Wulf Wulfhekel del KIT, che insieme ai colleghi è riuscito a portare questo periodo di tempo a diversi minuti. "Questo traguardo non solo apre la possibilità di progettare memorie per computer più compatte, ma potrebbe essere la base per la configurazione di computer quantistici", ha aggiunto Wulfhekel.
Il microscopio a effetto tunnel rende visibili singoli atomi di olmio su una superfice di platino.
I computer quantistici sono basati sulle proprietà della fisica quantistica dei sistemi atomici. In teoria, almeno, la loro velocità supera di gran lunga quella dei computer tradizionali. Per il loro esperimento i ricercatori hanno collocato un singolo atomo di olmio su un substrato di platino: a temperature prossime allo zero assoluto, circa 1 grado Kelvin, gli studiosi hanno misurato l'orientamento magnetico dell'atomo usando un nuovo microscopio a effetto tunnel.
Lo spin magnetico è cambiato dopo 10 minuti circa. "Lo spin magnetico del sistema è quindi rimasto stabile per un periodo che è circa un miliardo di volte più lungo rispetto a quello di sistemi atomici comparabili", ha affermato Wulfhekel. "Per stabilizzare il momento magnetico per periodi di tempo più lunghi abbiamo soppresso l'impatto ambientale sull'atomo", ha affermato Arthur Ernst del Max Planck Institute of Microstructure Physics, che si è occupato dei calcoli teorici per l'esperimento.
Normalmente gli elettroni del substrato e dell'atomo interagiscono secondo i dettami della meccanica quantistica e destabilizzano lo spin dell'atomo entro pochi microsecondi - o persino prima. Quando si usano olmio e platino a basse temperature invece le interazioni sono escluse per via delle proprietà simmetriche del sistema quantistico. "In principio, olmio e platino sono invisibili l'un l'altro, per quanto vi sia della spin-diffusione", ha affermato Ernst.
Dato che lo spin dell'olmio potrebbe essere regolato, e le informazioni scritte per mezzo di campi magnetici esterni, vi sarebbero i presupposti per lo sviluppo di memorie compatte o computer quantistici.