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Dos bits de información - en un átomo

09.09.2020

Los científicos holandeses lograron crear un sistema de un átomo de hierro sobre un sustrato, en el que es posible controlar el momento orbital de un átomo y la excitación de sus estados de espín independientemente uno del otro.

Para controlar el sistema, los investigadores utilizaron la aguja de un microscopio de túnel de barrido, al interactuar con un átomo, su impulso orbital se invirtió sin excitación de los estados de espín. En tales condiciones, el átomo tiene dos grados de libertad asociados con un campo magnético, que en el futuro se puede utilizar para crear sistemas de almacenamiento de información de gran capacidad con una densidad de registro de dos bits por átomo.

Reducir el tamaño de un solo bit a la escala de un átomo haría posible colocar grandes cantidades de datos en medios extremadamente pequeños. Potencialmente, tales sistemas se pueden crear utilizando los espines controlados por campos magnéticos de átomos individuales S, las sumas vectoriales de sus propios momentos angulares de las partículas elementales incluidas en su composición. Son los estados de espín los que se eligen como bits en tales sistemas, porque el momento orbital de cada átomo L (su momento angular como un todo) en muestras reales se suprime debido a la combinación de la interacción espín-órbita y el campo cristalino.

Pero incluso en el caso de que L de un átomo en tal sistema no sea igual a cero, la interacción espín-órbita conduce a la unión de L y S en una superposición, en la que solo el momento angular total de L + S El sistema se conserva y las excitaciones independientes de L y S son imposibles. Para almacenar información en el estado orbital de un átomo, a su vez, debe poder almacenar L y poder controlarlo sin afectar los estados de espín. Entonces, los estados de espín y orbital pueden desempeñar el papel de ceros y unos, y el átomo mismo podría actuar como portador de información en la cantidad de dos bits, cada uno de los cuales corresponde a un grado de libertad del sistema (un bit por espín y impulso orbital).

Rasa Rejali de la Universidad Tecnológica de Delft creó un sistema de este tipo de un átomo, en el que es posible excitar de forma independiente los estados orbitales y de espín. Para ello, el físico y sus colegas colocaron un único átomo de hierro sobre un átomo de nitrógeno magnéticamente neutro en un sustrato de Cu2N, obteniendo así un sistema con momento orbital y espín prácticamente libres. La aguja de un microscopio electrónico de barrido permitió a los físicos estudiar el átomo y manipularlo.

El método propuesto para cambiar independientemente los estados orbital y de espín de un solo átomo aún está lejos de la implementación práctica. Sin embargo, la similitud de la naturaleza del espín y los estados orbitales da la esperanza de que en el futuro el momento orbital de los átomos pueda controlarse de manera tan simple como ahora: mediante espines. En este caso, los portadores de información pueden volverse bastante reales, en los que cada átomo actuará no como uno, sino como dos bits, lo que aumentará aún más la densidad máxima potencial de grabación de datos.

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