Onderzoekers van de TU Delft hebben van individuele chlooratomen de kleinste harde schijf ooit gemaakt. Het apparaat heeft een opslagcapaciteit van 1 kilobyte en laat volgens de makers de toekomst van dataopslag zien. De onderzoekers beschrijven hun techniek in vakblad Nature Nanotechnology.


De schijf bestaat uit een velletje koper met daarop meer dan 8000 losse chlooratomen. Door de chlooratomen met een zogenoemde scanning tunneling microscoop (STM) in specifieke posities te leggen kan het atoomrooster dienst doen als geheugen met ééntjes en nulletjes.

Bij wijze van demonstratie maakten onderzoeker Sander Otte en zijn team een velletje chlooratomen dat in binaire taal een beroemde zin van natuurkundige Richard Feynman uitspelt, met daarin onder andere het fragment 'there is plenty of room at the bottom'.


Kleine apparaten

Die zin verwijst naar een idee dat Feynman al in de jaren '50 had: wat nou als we apparaten maken op atoomschaal, het kleinste dat natuurkundig mogelijk is. Met de komst van de scanning tunneling microscoop in de jaren '80 kwam de droom van de Amerikaan plotseling binnen handbereik: atomen konden bekeken en verplaatst worden.

'Het was echter een soort monnikenwerk; om meer dan een handvol atomen te verplaatsen had je een buitengewone hoeveelheid geduld nodig', aldus onderzoeksleider Otte. 'Bovendien hadden de atomen de neiging om 'weg te rollen' als je er te veel probeerde te verplaatsen. De STM leek dus lange tijd niet geschikt voor serieuze apparaten op basis van atomen.


Toeval

Totdat Otte - die normaal gesproken onderzoek doet naar magnetisme - een keer te weinig chloor op een koperplaatje spoot. Toen hij merkte dat er een chaotisch patroon was ontstaan van chlooratomen en lege plekken, kreeg hij een idee. Na een paar proefjes bleek dat het hiermee mogelijk was om een harde schijf te bouwen. 'Doordat er heel veel chlooratomen zijn, kunnen ze niet zomaar alle kanten op rollen als je ze verplaatst. Het werkt een beetje als een ouderwetse schuifpuzzel: er zijn telkens maar een paar open vakjes waar de atomen naartoe kunnen.'

Voor Otte is deze vondst de overgang van het monnikenwerk naar een soort boekdrukkunst voor atoomverplaatsing. 'Hiermee wordt de STM-techniek schaalbaar en is hij te automatiseren. Dat is een grote stap.' Het grootste voordeel van deze manier van opslagruimte bouwen is de afmeting. In principe kan Otte hiermee 80 terabits per vierkante centimeter harde schijf maken. Dat is zo'n vijfhonderd keer meer dan wat nu te koop is in de winkel. Bovendien omzeilt de atoomaanpak de fysieke limieten waar de traditionele manier van chipmaken de laatste jaren tegenaan loopt.
 

Koud vacuüm

Dat betekent niet dat er morgen al dergelijke schijven beschikbaar zijn. Het principe werkt nu alleen nog in een vacuüm (anders zijn de chlooratomen omringd door zuur- en stikstof) en op de lage temperatuur van -196 graden Celcius (77 Kelvin). 'We proberen met andere materialen die temperatuur iets omhoog te krijgen. En hoewel het onpraktisch is, denk ik dat er wel een markt voor is in datacentra. Aangezien reken- en opslagkracht steeds vaker in de 'cloud' gebeurt, zouden dergelijke centra de nodige apparatuur in huis kunnen halen. De ruimtebesparing die je krijgt met deze schijven maakt het denk ik de moeite waard.'

Lees verder in het artikel van Otte in Nature Nanotechnology.