Síntese e estrutura molecular do complexo de moléculas [Dy (Cp ttt ) 2 ] [B (C 6 F 5 ) 4 ] com disprósio (Dy)Cientistas da Universidade de Manchester
desenvolveram um método de armazenamento de dados que pode atingir uma densidade de informações cerca de 100 vezes maior do que as tecnologias existentes. Ou seja, cerca de 25 terabytes de informação podem ser armazenados em um dispositivo com um volume de cerca de uma moeda de cinco rublos.
O método envolve o armazenamento de dados em ímãs de molécula única com átomos de disprósio, que durante o experimento mostraram
histerese magnética , um efeito de memória, como o de ímãs de herói em ímãs permanentes e na superfície de discos rígidos.
A histerese em moléculas com átomos de disprósio aparece na temperatura mais alta que foi alcançada até agora - a 60 K, isto é, -213 ° C. Este é um experimento conceitual projetado para demonstrar a viabilidade de um método. Os cientistas sugerem que a criação de sistemas comerciais usando essa tecnologia será possível em um futuro próximo sob a condição de "design molecular criterioso".
O potencial para armazenamento molecular de dados é enorme. Essa tecnologia permite uma densidade de informações de 200 terabits por polegada quadrada, o que não é demonstrado de perto por nenhuma das tecnologias existentes.
"Isso é muito interessante porque a histerese magnética em moléculas individuais implica a capacidade de armazenar dados binários", diz o Dr. Nicholas Chilton, da
Escola de Química da Universidade de Manchester. - O uso de moléculas individuais para armazenamento de dados pode teoricamente aumentar a densidade de dados em 100 vezes em comparação com as tecnologias existentes. Aqui nos aproximamos da temperatura do nitrogênio líquido. Isso significa que o armazenamento de dados em moléculas individuais está se tornando muito mais viável economicamente. ”
O efeito da memória magnética é um requisito necessário para qualquer sistema de armazenamento de dados em mídia magnética. Embora a temperatura de -213 ° C pareça muito baixa para o uso prático da tecnologia, na verdade é uma temperatura de trabalho. Já nos sistemas de resfriamento dos data centers, é usado hélio líquido com uma temperatura de -269 ° C. E a temperatura operacional relativamente alta do novo sistema, se for aumentada um pouco mais, permitirá o uso de nitrogênio líquido mais barato (-196 ° C). Na verdade, esse objetivo é estabelecido pelos autores do trabalho científico. Eles pretendem aumentar a temperatura operacional do sistema, idealmente acima da temperatura do nitrogênio líquido.
Quase 25 anos se passaram desde a descoberta dos ímãs de molécula única, mas durante esse tempo os físicos conseguiram aumentar a temperatura da histerese de 4 K para apenas 14 K a uma velocidade de varredura do campo magnético de cerca de 20 Oersts por segundo. Temperaturas mais altas foram observadas apenas em velocidades de varredura mais altas do campo magnético (por exemplo, 30 K a 200 Oe / s). Portanto, a descoberta atual da histerese de 60 K a apenas 22 Oe / s é uma conquista muito significativa, uma verdadeira inovação nos ímãs de molécula única.
Em seu trabalho, os pesquisadores usaram um lantanídeo chamado
disprósio e, especificamente, um complexo de moléculas [Dy (Cp
ttt )
2 ] [B (C
6 F
5 )
4 ], onde Cp
ttt = {C
5 H
2 t Bu
3 -1,2 , 4} e
t Bu = C (CH3)
3
Histerese magnética (esquerda) e dinâmica de relaxamento (direita)Os lantanídeos são metais com números atômicos de 57 a 71, ou seja, do lantânio ao lutécio. Atualmente, esses metais de terras raras são amplamente utilizados na indústria, na produção de vários dispositivos eletrônicos, como smartphones, tablets e laptops.
O disprósio é um elemento químico com o número 66. Não é encontrado na natureza em sua forma pura, mas faz parte de alguns minerais, por exemplo, xenotima. É extraído junto com outros lantanídeos, um dos maiores depósitos mundiais está localizado na Península de Kola, na Rússia. O disprósio ainda é usado na produção de ímãs pesados, bem como em energia nuclear, eletrônica, metalurgia, lasers médicos, catalisadores e também como um poderoso material magnetorrestritivo, ou seja, alterando suas dimensões lineares durante a reversão da magnetização.
O material demonstrou as propriedades da histerese de tal maneira que os cientistas tiraram duas conclusões: primeiro, essas propriedades são exclusivas do disprósio e, segundo, a histerese também deve ser observada em temperaturas mais altas, inclusive acima da temperatura do nitrogênio líquido. Este será o assunto de pesquisas futuras.
Um aumento de 100 vezes na densidade de informações das unidades significa que os dispositivos de armazenamento se tornarão mais compactos e consumirão menos energia. Os proprietários dos data centers se beneficiarão mais com isso. Por exemplo, 2,5 milhões de servidores estão operando em 15 data centers do Google (a
partir de 2016 ).
Os data centers consomem uma quantidade enorme de eletricidade. Segundo os ambientalistas, sua participação pode chegar a 2% do consumo total de energia global. Talvez esses sejam números um pouco superestimados, mas, de qualquer maneira, qualquer tecnologia de eficiência energética para data centers beneficiará não apenas os proprietários dos data centers, mas toda a ecologia do planeta.
O artigo científico foi
publicado em 23 de agosto de 2017 na revista
Nature (doi: 10.1038 / nature23447).