ΣΑΝ ΣΗΜΕΡΑ, 27 Οκτωβρίου 1998, γίνεται γνωστό ένα σημαντικό πείραμα στον χώρο της νανοτεχνολογίας. Μια ομάδα τεσσάρων ερευνητών από το Κέντρο Μικροηλεκτρονικής του Πολυτεχνείου της Δανίας, με επικεφαλής τον φυσικό και ειδικό στη νανοτεχνολογία Φρανσουά Γκρέι, καταφέρνει να ελέγξει τη μετακίνηση ενός μεμονωμένου ατόμου υδρογόνου πάνω σε επιφάνεια πυριτίου, σε θερμοκρασία δωματίου. Το πείραμα, που έγινε γνωστό ως Atom-Chip, παρουσιάζει έναν πιθανό τρόπο αποθήκευσης δυαδικής πληροφορίας με τη βοήθεια ενός ατόμου.

Ο δρ. Φρανσουά Γκρέι, φυσικός με ερευνητικό έργο στη νανοτεχνολογία, ο οποίος αργότερα ανέλαβε θέση ευθύνης στον τομέα της πληροφορικής στο CERN.

Σύμφωνα με τις δηλώσεις του δρος Γκρέι στο Reuters, οι τέσσερις ερευνητές κατάφεραν να απομακρύνουν ένα άτομο υδρογόνου από μια επιφάνεια πυριτίου, αφήνοντας ένα άλλο άτομο υδρογόνου να μετακινείται ελεγχόμενα ανάμεσα σε δύο θέσεις. Η διαδικασία μελετήθηκε με τη χρήση μικροσκοπίου σάρωσης σήραγγας (STM), ενός οργάνου που επιτρέπει την απεικόνιση και τον χειρισμό της ύλης σε ατομική κλίμακα.

Το πυρίτιο αποτελεί βασικό υλικό στην κατασκευή των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Στο συγκεκριμένο πείραμα, οι ερευνητές αξιοποίησαν την επιφάνεια πυριτίου και τη σύνδεσή της με άτομα υδρογόνου, ώστε να δημιουργήσουν έναν ελεγχόμενο διακόπτη ενός ατόμου. Η θέση του υδρογόνου μπορούσε να αντιστοιχιστεί σε μία από δύο καταστάσεις, όπως ακριβώς οι δύο τιμές του δυαδικού συστήματος: 0 και 1.

Τα αποτελέσματα δημοσιεύτηκαν στο επιστημονικό περιοδικό Surface Science, με τίτλο «Mechanism of single atom switch on silicon» («Μηχανισμός διακόπτη ενός ατόμου σε πυρίτιο»). Η μελέτη περιέγραφε τον μηχανισμό που επέτρεπε την ελεγχόμενη μετακίνηση του ατόμου ανάμεσα σε δύο σταθερές θέσεις, ανοίγοντας τον δρόμο για περαιτέρω έρευνα γύρω από την αποθήκευση δεδομένων σε ατομική κλίμακα.

Οι πιθανές εφαρμογές ήταν εντυπωσιακές. Αν μπορούσαν να δημιουργηθούν και να ελεγχθούν πολλές τέτοιες ατομικές θέσεις σε οργανωμένες διατάξεις, θα υπήρχε η δυνατότητα αποθήκευσης τεράστιου όγκου πληροφοριών σε ελάχιστο χώρο. Τα δημοσιεύματα της εποχής έκαναν λόγο για αποθηκευτική πυκνότητα που θα μπορούσε θεωρητικά να αντιστοιχεί σε εκατομμύρια CD-ROM σε έναν μόνο δίσκο. Επρόκειτο, ωστόσο, για μια μελλοντική προοπτική και όχι για εμπορικά διαθέσιμη τεχνολογία.

Η έρευνα δεν ήταν η πρώτη προσπάθεια χειρισμού μεμονωμένων ατόμων. Επιστήμονες είχαν ήδη καταφέρει να μετακινούν άτομα με τη βοήθεια μικροσκοπίων σάρωσης σήραγγας, όμως τα προηγούμενα πειράματα αυτού του τύπου απαιτούσαν εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Η σημαντική καινοτομία της ομάδας του Πολυτεχνείου της Δανίας ήταν ότι ο συγκεκριμένος ατομικός διακόπτης λειτουργούσε σε θερμοκρασία δωματίου.

Η επιτυχία αυτή αποτελούσε ένα ουσιαστικό βήμα προς την πρακτικότερη αξιοποίηση του χειρισμού ατόμων. Παρέμεναν, βέβαια, σημαντικά εμπόδια: το πείραμα απαιτούσε εξαιρετικά καθαρή επιφάνεια πυριτίου, περιβάλλον υπερυψηλού κενού και εξειδικευμένο εξοπλισμό. Η μετάβαση από έναν μεμονωμένο ατομικό διακόπτη σε μια αξιόπιστη διάταξη μνήμης με εκατομμύρια ή δισεκατομμύρια στοιχεία ήταν ακόμη μια μεγάλη τεχνολογική πρόκληση.

Περισσότερο από δύο δεκαετίες αργότερα, η έρευνα στη νανοτεχνολογία εξακολουθεί να εξετάζει τρόπους αποθήκευσης και επεξεργασίας πληροφορίας σε ολοένα μικρότερες κλίμακες. Το πείραμα του 1998 δεν δημιούργησε από μόνο του έναν πλήρη υπολογιστή με μέγεθος ενός ατόμου. Έδειξε, όμως, ότι η ελεγχόμενη μετακίνηση ενός και μόνο ατόμου μπορούσε να λειτουργήσει ως βάση για την αναπαράσταση δυαδικής πληροφορίας — μια ιδέα που μέχρι τότε έμοιαζε περισσότερο με επιστημονική φαντασία.

Atom-Chip Atom-Chip