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Demuestra IBM Densidades de Datos del Orden de Billones de Bits

Sacando partido de diversas tecnologías innovadoras, científicos de IBM han demostrado densidades de almacenamiento de datos del orden de un billón de bits por pulgada cuadrada, 20 veces superiores a las máximas densidades de almacenamiento magnético actualmente disponibles.

Esta notable densidad, suficiente para almacenar 25 millones de páginas de texto en una superficie del tamaño de un sello postal, es uno de los logros científicos alcanzados por los investigadores que participan en el proyecto llamado en código "Millipede". En lugar de usar medios magnéticos o electrónicos tradicionales para almacenar datos, Millipede usa miles de afiladas puntas de escala nanométrica para crear muescas que representan bits individuales en una delgada película de plástico. El resultado es semejante a una versión nanotecnológica de la venerable "tarjeta perforada" para procesar datos.

Este método único es de escala más pequeña que las tecnologías tradicionales y, además de ser reescribible, puede operarse con menos requisitos energéticos. Los científicos de IBM creen que es posible alcanzar densidades de almacenamiento incluso mayores. "Puesto que una punta de escala nanométrica puede singularizar átomos individuales, prevemos mejoras ulteriores más allá de este fantástico hito terabit", comentó Gerd Binnig, ganador del Premio Nobel y una de las fuerzas impulsoras del proyecto Millipede. "Si bien las tecnologías de almacenamiento actuales pueden estar llegando a sus límites fundamentales, este enfoque nanomecánico es potencialmente válido para multiplicar miles de veces la densidad de almacenamiento de datos".

La demostración terabit empleó una sola punta que hacía muescas de sólo 10 nanómetros (una millonésima de milímetro) de diámetro, cada marca es 50 mil veces más pequeña que el punto en que concluye esta oración. Aún cuando el concepto se ha demostrado usando un montaje experimental de más de mil puntas, el equipo de investigación está desarrollando ahora un prototipo que se espera completar a principios del año próximo y que despliega más de 4 mil puntas simultánea activas en un campo de 7 mm cuadrados. Tales dimensiones permitirán empacar un sistema completo de almacenamiento de datos de gran capacidad en el formato más pequeño usado ahora por la memoria relámpago.

Aunque en el cercano plazo no se espera que la memoria relámpago exceda capacidades de 1 a 2 GB, la tecnología Millipede podría empacar de 10 a 15 GB de datos en el mismo formato diminuto, sin requerir más potencia para operar el dispositivo.

"El proyecto Millipede podría brindar tremendas capacidades de datos a dispositivos móviles tales como asistentes personales digitales, teléfonos celulares y relojes multifuncionales", comenta Peter Vettiger, líder del proyecto Millipede. "Además de eso, estamos explorando el uso de este concepto en otras aplicaciones diversas, por ejemplo en procesos gráficos microscópicos de superficies grandes, en litografías de escala nanométrica y en la manipulación atómica o molecular".

Antecedentes Técnicos
El núcleo del proyecto Millipede es una matriz bidimensional de diminutas vigas voladizas de silicio en forma de u, de 0,5 micrómetros de espesor y 70 micrómetros de largo. Cada diminuta viga voladiza termina en una punta orientada hacia abajo, cuyo largo es inferior a 2 micrómetros. El montaje experimental actual contiene una matriz de 3 mm por 3 mm, con 1.024 (32 x 32) diminutas vigas voladizas, creadas por micromaquinaje en la superficie del silicio. Un refinado diseño asegura el nivelamiento preciso de la matriz de puntas respecto al medio de almacenamiento y amortigua tanto las vibraciones como los impulsos externos. Una electrónica multiplexada con respecto al tiempo, similar a la usada en los chips DRAM, direcciona cada punta para su operación en paralela. El accionamiento electromagnético mueve con precisión el medio de almacenamiento debajo de la matriz, en la dirección de los ejes de las "x" y de las "y", lo que permite a cada punta leer y escribir en su propio campo de almacenamiento de 10 micrómetros de lado. La corta distancia a cubrir asegura un bajo consumo energético.

Para operar el dispositivo, esto es, para leer, escribir, borrar y sobreescribir, las puntas se ponen en contacto con una delgada película de polímero que reviste un substrato de silicio de unos pocos nanómetros de espesor. Los bits se escriben calentando un resistor incorporado en la diminuta viga voladiza a una temperatura típica de 400¡C que no suaviza el polímero. Cuando la punta cae en una muesca, el resistor se enfría por el mejorado transporte del calor resultante, y ocurre un cambio medible de resistencia.

Para sobreescribir datos, la punta hace una serie de fosas limítrofes, traslapadas tan estrechamente que sus bordes rellenan las fosas anteriores, borrando datos no deseados. La capacidad de reescritura de este concepto se ha demostrada en más de 100 mil ciclos de escritura/sobreescritura. Si bien el régimen binario de las puntas individuales es del orden de kilobits por segundo, lo que representa unos megabits en toda la matriz, electrónicos más rápidos permitirán que las palancas operen a velocidades considerablemente más altas. Los experimentos nanomecánicos realizados en el Almaden Research Center de IBM demostraron que las puntas individuales podían apoyar caudales binarios de hasta 1-2 megabits por segundo.

El consumo energético depende en gran medida del régimen binario al que se opera el dispositivo. Cuando se opera a velocidades de transferencia de unos pocos megabits por segundo, Millipede consume aproximadamente 100 miliwatts, es decir, una cantidad situada en la gama de la memoria relámpago y considerablemente por debajo de la grabación magnética.

El experimento de 1.024 puntas logró una densidad de superficie de 200 gigabits (miles de millones de bits, Gb) por pulgada cuadrada. Ello representa una capacidad potencial de unos, 5 gigabytes (miles de millones de bytes, GB) en un área de tres milimetros cuadrados. La generación siguiente de Millipede tendrá cuatro veces más puntas (4.096) en una matriz de 7 mm cuadrados (64 x 64).