Khả năng lưu thông tin với mật độ siêu dày nhờ nguyên tử

Nhóm các nhà khoa học tại Đại học Công nghệ Delft, Hà Lan, vừa công bố trên tạp chí Nature Nanotechnology một phương pháp mới giúp giữ các nguyên tử cố định tại một vị trí. Phát kiến mới này có thể đặt nền móng cho việc lưu trữ thông tin quy mô lớn ở cấp độ nguyên tử.

Ý tưởng này xuất hiện từ năm 1959, khi nhà vật lý Richard Feynman nêu câu hỏi: “Điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta có thể sắp xếp các nguyên tử tùy ý?” Feynman thậm chí còn dự đoán rằng sẽ đến lúc loài người có thể viết cả bộ Bách khoa Toàn thư Britannica trên đầu một chiếc ghim. Ba thập kỷ sau, một nhóm các nhà khoa học tại IBM đã làm được điều đó: họ sử dụng 35 nguyên tử xenon để xếp thành chữ IBM trên một tấm niken. Để giữ các nguyên tử cố định một chỗ, họ đã hạ thấp nhiệt độ chúng xuống còn -269ºC, mức nhiệt độ lạnh nhất có thể đạt được về mặt vật lý. Nhưng chi phí cho giải pháp này quá tốn kém nên cho đến việc viết chữ bằng nguyên tử vẫn là điều “ngoài tầm với.”

Nhóm nghiên cứu mới cho biết họ có thể lưu trữ một đoạn văn bản (tương đương 1 kilobyte dữ liệu) ở nhiệt độ tương đối “mát mẻ” là -196ºC. Tuy đây có thể không phải là một sự thay đổi lớn so với những gì các nhà khoa học ở IBM làm được, song điểm mới nằm ở phương pháp thực hiện: họ đạt tới nhiệt độ trên bằng cách làm mát nitrogen lỏng nên có chi phí thấp hơn nhiều so với phương pháp dùng helium lỏng trong thí nghiệm của IBM. Ngoài ra, họ không lưu thông tin bằng cách viết chữ bằng nguyên tử như IBM mà dùng mã hệ nhị phân. Họ dùng các nguyên tử chlorine phủ lên một tấm đồng, nhờ đó chlorine tự nhiên hình thành một mạng lưới mắt cáo lên trên một tấm đồng. Lượng chlorine này chỉ vừa đủ để bao phủ 5/6 bề mặt tấm đồng, phần bề mặt còn lại sẽ bao gồm các ô trống nằm dọc tấm đồng. Do mối liên hệ giữa các nguyên tử nên tấm lưới mắt cáo chlorine bền vững hơn nhiều so với vị trí tách biệt của các nguyên tử như trong thí nghiệm của IBM, dù rằng ở đây có tồn tại lượng lỗ hổng khá lớn.

Nhóm nghiên cứu sử dụng các cặp đôi bao gồm một nguyên tử và một lỗ hổng để mã hóa các bit thông tin. Họ có thể viết và xóa đi viết lại thông tin bằng cách trượt qua trượt lại các nguyên tử trong mỗi cặp đôi trên. Để làm được điều này, họ sử dụng đầu dò của kính hiển vi quét xuyên hầm (STM) – đây cũng là thiết bị đã được IBM sử dụng trong thí nghiệm cách đây 26 năm. Lưới mắt cáo dạng này đủ bền vững để nhóm nghiên cứu có thể xây dựng 1.016 byte nguyên tử trong một diện tích chỉ vẻn vẹn 96x126 nano mét. Điều đó tương ứng với một mật độ văn bản là 78 terabit trên một centimet vuông, tốt hơn gấp hàng trăm lần so với các ổ cứng máy tính hiện nay.

Nhóm nghiên cứu hy vọng rằng nghiên cứu này sẽ là bước tiến nữa trên hành trình giải quyết câu hỏi hóc búa ngày nay là quản trị dữ liệu. “Về lý thuyết, mật độ thông tin này sẽ cho phép chúng ta viết tất cả những cuốn sách do loài người tạo ra lên một con tem,” Giáo sư Sander Otte, trưởng nhóm nghiên cứu, nói. Thách thức tiếp theo là điều chỉnh lại công nghệ này để có thể sử dụng được ở cấp độ thương mại. Nhưng để làm được điều đó, cần phải giải quyết thêm hai vấn đề nữa: giữ cho nguyên tử ổn định ở mức nhiệt độ phòng và đẩy nhanh quá trình này lên.