Alle boeken ter wereld op één kleine chip dankzij Delfste wetenschap

Foto: Sander Otte en Floris Kalff

Onlangs deed men bij de TU Delft een technologische ontdekking die in de wetenschappelijke wereld maar vooral in de computerwereld grote opzien baarde. Het zal de manier waarop we data opslaan revolutionair veranderen.

Het is een duizelingwekkende gedachte. Stel je voor dat alle boeken die ooit ter wereld geschreven zijn, kunnen worden opgeslagen op een chip ter grootte van een postzegel. Dankzij Otte Lab, een team jonge wetenschappers van het Kavli Nanoscience Instituut Delft, onderdeel van het Department of Quantum Nanoscience van de TU Delft, is dat nu mogelijk.

Opslag in een atoom

Het gaat hier om een wetenschappelijke doorbraak waar de computerindustrie in de toekomst groot voordeel van kan hebben. Vooral grote datacentra staan in hun handen te knijpen volgens een van de onderzoekers, promovendus Floris Kalff, want digitale informatie is nu op te slaan op een oppervlakte ter grootte van een atoom. Wat heeft het team onder leiding van fysicus Sander Otte gedaan? Ze slaagden er in om informatie, bits in dit geval, op te slaan in losse atomen en met die atomen een geheugen te maken van 1 kilobyte. Dat klinkt wellicht niet spectaculair, maar dat is het wel.

Floris
Foto: Floris Kalff

Losse atomen verschuiven

Floris Kalff: ”De wetenschap ging er altijd van uit dat we geen data zouden kunnen opslaan op kleinere schaal dan atoom-niveau, maar wij hebben dat wel gedaan. Met de extreem dunne naaldpunt van een rasteltunnelmicroscoop, enkele atomen groot, tastten we een oppervlak van koperatomen af met daar overheen een laag chlooratomen. We kwamen er achter dat de combinatie van die twee elementen een raster creëert waarbij atomen keurig naast elkaar liggen. Met de naald konden we losse atomen verschuiven.”

Schuifpuzzel

Daarbij ging het team heel gecontroleerd en met ongekende precisie te werk, tot op 10 picometer nauwkeurig (een picometer is 0,000000000001 meter). Losse chlooratomen werden verplaatst en er werd hier en daar minder chloor gebruikt waardoor gaten ontstonden. Via die gaten kun je een verschil maken tussen 1 en 0 en werden er dus bits gemaakt. Een bit bestond uit twee posities op de koperatoomlaag en één chlooratoom die tussen die twee posities heen en weer kon schuiven. Als de chlooratoom bovenop lag, was het een 1 als hij onder lag was de bit een 0. Een soort schuifpuzzel. Andere chlooratomen werden om de bits heen gelegd om alles op de juiste positie te houden en de informatie te bewaren. Zo maakte Otte Lab een opslagmedium met een dichtheid van 500 terabits op een vierkante inch, 500 keer meer dan de grootste commerciële harddisk ter wereld.

Beroemde lezing

Floris Kalff:”Nobelprijswinnaar Richard Feyman voorspelde lang geleden dat we ooit individuele atomen zouden moeten kunnen ordenen en van informatie voorzien. Om hem te eren hebben we nu een deel van zijn beroemde lezing daarover in code gezet op 100 nanometer (een nanometer is een miljardste meter, 5 atomen passen er in, red.). Ik verwacht trouwens niet dat ons werk al snel in ieders smartphone te vinden is. We hebben dit gedaan bij een temperatuur van -195 graden Celcius, de temperatuur van vloeibare stikstof en het moet ook nog in vacuüm gebeuren. Dus alleen gecontroleerde grote datacentra kunnen er voorlopig iets mee.

Feynman
De speech van Richard Feyman, opgeslagen in atomen Foto: Otte Lab
DSC_0475
Sander Otte en Floris Kalff Foto: Otte Lab

Revolutionair

“Maar wat ik eigenlijk veel mooier vind, heeft niets te maken met die grootste kleinste dataopslag.  Het is iets heel anders. Door atoom voor atoom dingen te verplaatsen, hebben we iets gedaan en gemaakt dat niet in de natuur voorkomt. We hebben met losse atomen iets gefabriceerd. En dat is revolutionair en voor mij van veel meer betekenis.”

De dataopslag uitgelegd in een filmpje:

Lees ook: