Kleine harddisk slechts 100 vierkante nanometer (video)

Sander Otte van de TU Delft heeft samen met enkele andere onderzoekers een microscopisch opslagsysteem ontwikkeld. Elke bit wordt opgeslagen met één enkele atoom.

Het stukje geheugen wat in Delft is gemaakt is 100 vierkante nanometer groot en kan 1 kilobyte (8 000 bits) aan data opslaan.

Schuifpuzzel

De onderzoekers ontdekten dat chloor-atomen op een koperen oppervlak een perfect vierkant raster vormen. Op een plek waar een atoom ontbreekt blijft een gat achter. Met behulp van de naald van een zogeheten ‘scanning tunneling microscope’ (STM) kunnen de onderzoekers een chloor-atoom naar zo’n gat toe schuiven. Een beetje zoals de bekende schuifpuzzels met vierkante blokjes.

Dankzij deze methode hebben Sander Otte en zijn team een opslagdichtheid bereikt van 500 Terabits per vierkante inch (Tbpsi). Dit is 500 maal beter dan de beste commercieel verkrijgbare harddisks van dit moment.

Animatie door: TU Delft, GIF via: Techcrunch

Sander Otte: “Elke bit bestaat uit twee posities op een oppervlak van koper-atomen en één chloor-atoom dat we heen en weer kunnen schuiven tussen deze twee posities. Als de chloor-atoom zich in de bovenste positie bevindt en er is een gat hieronder, dan noemen we dat een 1. Als het gat bovenaan zit en de chloor-atoom dus in de onderste positie, dan is de bit een 0.”

Omdat de chloor-atomen in een vierkante formatie liggen en omringd zijn door andere chloor-atomen (behalve bij de gaten) houden ze elkaar op hun plek. Dat maakt deze methode stabieler en geschikter voor data-opslag dan andere methoden met losse atomen.

Data-opslag

Om data te kunnen opslaan ordenden de Delftenaren het geheugen in blokken van 8 bytes (64 bits). Elk blok heeft een markering, bestaande uit dezelfde ‘gaten’ als het raster van chloor-atomen. Deze markeringen hebben wel wat weg van QR-codes en bevatten informatie over de exacte locatie van het blok op de koperlaag. Deze code zal ook aangeven of een blok beschadigd, bijvoorbeeld door een contaminant of oppervlaktebeschadiging.

Door het geheugen op deze manier op te bouwen kan het gemakkelijk opgeschaald worden naar heel grote oppervlakten, zelfs als het oppervlak niet geheel perfect is.

Praktisch gebruik buiten het lab is nog lastig momenteel, omdat het geheugen op dit moment alleen werkt in een extreem schoon vacuüm en bij stikstofgekoelde temperaturen van 77 K (-196 graden Celcius). Toch brengt dit onderzoek ons volgens Otte een stap dichter bij praktische nano-opslag.

Het onderzoek is op 18 juli gepubliceerd in Nature Nanotechnology.