Les nanoscientifiques d'IBM stockent un bit de données sur un seul atome — une percée dans la mémoire ultra-miniaturisée

Imaginez pouvoir stocker toute la bibliothèque iTunes de 35 millions de chansons sur un appareil de la taille d'une carte de crédit. Bien que ce soit encore un rêve, une étude récente d'IBM Research‑Almaden à San Jose, Californie, nous en rapproche. Publiée dans Nature, la recherche montre comment lire et écrire un bit de données sur un seul atome — remarquablement, un disque dur complet utilise 100 000 à un million d'atomes pour un seul bit.

Un seul atome d'holmium, un élément de terre rare, sert d'aimant le plus petit au monde pour encoder un bit de données.

Comment ça marche

Les bits — les unités fondamentales d'information — ne peuvent prendre que les valeurs 0 ou 1, comme un interrupteur. Déterminer le nombre minimal d'atomes nécessaires pour créer un bit magnétique fiable est un défi de longue date. Dans cette étude, l'équipe a conçu le plus petit aimant jamais réalisé : un seul atome d'holmium. Fixé sur une surface d'oxyde de magnésium, les pôles nord et sud de l'atome restent stables même quand des aimants voisins interfèrent. Ces deux orientations définissent le 0 et le 1 du bit.

Un microscope à effet tunnel (STM) personnalisé, inventé par IBM et primé Nobel, délivre un courant focalisé qui inverse l'orientation magnétique de l'atome, permettant l'opération « écriture ». Le même STM mesure le courant magnétique résultant pour lire la valeur du bit. Cette capacité double lecture/écriture marque une étape importante dans la technologie de mémoire à l'échelle atomique.

Rencontrez les chercheurs

Christopher Lutz, chercheur en nanoscience IBM, utilise le STM pour enregistrer des données sur l'aimant le plus petit du monde.

Christopher Lutz, physicien avec un background en informatique, a longtemps été pionnier dans la manipulation à l'échelle atomique. Après une brève pause de son doctorat à UC Santa Cruz, il a rejoint IBM Research‑Almaden en 1985, où il a construit un ordinateur parallèle pour simuler la physique atomique. Collaborant avec le lauréat Nobel Don Eigler et plus tard avec Andreas Heinrich, Lutz a dirigé plus de 25 ans de recherche révolutionnaire, incluant la création du plus petit film du monde, « A Boy and His Atom ».

« Je vois le monde comme une série de calculs », explique Lutz. « En arrangeant les atomes avec une précision nanométrique, nous pouvons construire des portes logiques et, comme le montre cette étude, un seul atome peut stocker de manière fiable un bit de données. »

Le chercheur postdoctoral Kai Yang, originaire d'une petite ville de Chine, a rejoint l'équipe après avoir été bénévole comme guide de campus lors d'une visite IBM. Il se souvient à quel point le projet a failli échouer : après un mois de tentatives infructueuses pour détecter deux états magnétiques stables, l'équipe faisait face à une échéance de six semaines. Travaillant jour et nuit, ils ont finalement réussi à 4 heures du matin avec une technique révolutionnaire d'impulsion de courant, un résultat publié dans Nature.

Nanoscientifiques IBM Christopher Lutz (gauche) et Kai Yang (droite) à IBM Research‑Almaden.

Grâce à ce travail, Yang a été reconnu parmi les 35 Innovateurs de moins de 35 ans de MIT Technology Review et sert maintenant comme chercheur postdoctoral à IBM.

Regardant vers l'avenir, l'équipe continue d'explorer le magnétisme d'atomes individuels et leurs interactions. En arrangeant les atomes en structures nouvelles sur les surfaces, ils emploient la résonance de spin d'atome unique — une technique inspirée de l'IRM — pour sonder les propriétés magnétiques à une résolution sans précédent.

Save

Save

Save