تحقیق IBM بطور موفقیت آمیزی یک بیت مغناطیسی داده را تنها با 12 اتم آهن، و یک بایت کامل داده را در 96 اتم ذخیره کرده است. این نشان دهنده یک چگالی ذخیرهای است که حداقل 100 برابر بیشتر از بزرگترین پلاترهای هارد دیسک درایو یا تراشه های فلش مموری است.تیمی به رهبری آندریاس هاینریش(Andreas Heinrich) از تحقیقات IBM آلمادن(کالیفرنیا)، تحقیق خود برای یافتن کوچکترین بیت مغناطیسی از پایین به بالا آغاز کردند. هاینریش و تیم او به جای شروع از یک محیط ذخیره معلوم و جستجوی راهی برای بهبود آن روش استاندارد که برای صنایع با قانون مور کنترل میشود از کوچکترین واحد ممکن یعنی یک اتم آغاز کردند و تا بدست آوردن کوچکترین بیت مغناطیسی پایدار ادامه دادند.
هاینریش و شرکت IBM به معنای واقعی کلمه مجموعه ای از اتمهای آهن را در یک بستر مسی تا زمان دستیابی اتمهای آهن به حافظه انبوه بحرانی ساختند که دارای اتمهای کافی برای حفظ خاصیت مغناطیسی آنها بود. در دماهای پایین، این عدد 12 و در دمای اتاق این عدد حدودا 150 است که بسیار هم زیاد نیست، اما همچنان دارای یک اندازه بهتر نسبت به هر هارد درایو یا حافظه سیلیکونی (MRAM) بود.
این کار تا کنون رضایت بخش بوده است. اما محققان IBM چگونه اتمهای منفرد را با چنین دقتی دستکاری کردند و شاید از همه مهمتر، آنها چگونه این 12 بیت اتم را خوانده و می نویسند؟ پاسخ را مانند بسیاری از شاهکارهای نانو مهندسی مدرن می تواند در یک میکروسکوپ تونل اسکن کننده (STM) یافت. STM یک دستگاه در اندازه اتاق با نوک بسیار کوچک است که می تواند با استفاده از یک جریان الکتریکی کم از ساختارها در سطح اتمی عکس گرفته، اندازه گیری کرده و آنها را دستکاری کند.
هاینریش میگوید؛ نخست STM برای مرتب کردن اتمهای آهن در بستر مس که یک کار نسبتا آسان است استفاده میشد. سپس ازSTM استفاده می شود تا مشخص شود که آیا مقدار خاصیت مغناطیسی یک اتم معین دارای یک مقدار باینری 0 یا 1 است یا نه. این کمی سختتر از آن است که تصور میشود و نیاز به استفاده از ضد مغناطیسم دارد. در یک هارد درایو، که از خاصیت فرومغناطیس استفاده میشود، تمام اتمهای بیت مغناطیسی همجهت هستند، و یک میدان مغناطیسی (شمال، جنوب) ایجاد میکنند که توسط هِد اندازهگیری شده و به یک مقدار باینری تبدیل میشود. در اینجا مشکل این است که نیاز به هزاران و یا میلیونها اتم فرومغناطیس برای ایجاد یک میدان مغناطیسی وجود دارد که به اندازه کافی بزرگ باشد. بوسیلهی ضد مغناطیسم، اتمهای بیت مغناطیسی بگونهای قرار داده میشوند که برآیند میدان مغناطیسی برابر صفر شود. توصیف این دشوار است- که اگر فقط به عکس سمت راست توجه شود، و یا به ویدئوهای قرار داده شده در زیر نگاه کنید براحتی این موضوع را درک خواهید کرد.
برای یک بیت ضد فرومغناطیسی، اگر یک واحد اتم آهن با یک STM چرخانده شود، اتمهای دیگر نیز برای حفظ تعادل خود می چرخند. به این دلیل، با نگاه کردن به اتم بالای سمت چپ بیت مغناطیسی (با استفاده از یک ST ) می توانید فورا مقدار باینری را تعیین کنید . Voila _ یک بیت مغناطیسی 12 اتمی خواندنی و نوشتنی است.
با این وجود، در حال حاضر چالش پیش رو، یافتن روشی برای تولید انبوه ورقههای مسی با لایه هایی از اتمهای آهن که است دقیقا هم جهت هستند. به لحاظ فنی نیازی به یک STM با اندازه اتاق برای دستکاری این بایتها که در اندازه اتم هستند نیست، اما نیاز به روشی برای اتصال سیمها به این ساختارهای ریز وجود دارد، که فراتر از فنآوری نیمه هادی 22 نانومتر پیشرفته کنونی است. خوشبختانه برای هاینریش، زمانی که عنوان کارتان حافظه اتمی بررسی کننده سربی باشد، لازم نیست در مورد چنین مسائل ریزی ناراحت باشید میتوانید آنرا برای حل آن به فنآوری نانو واگذار کنید.