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Come la nanotecnologia cambierà il futuro dello storage dei dati

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La nanotecnologia è al centro dell’attenzione, anche se non si tratta di un argomento del tutto nuovo. Fin dall’inizio del nuovo millennio, la nanotecnologia ha riscosso interesse nei media e in molti business.  Molti articoli negli ultimi anni hanno pubblicizzato nuovi prodotti e sponsorizzato i risultati tecnologici. Ma…

  • Cos’è realmente la nanotecnologia e cosa significa per il futuro del data storage?
  • Cosa può apportare la nanotecnologia allo storage dei dati?
  • Quali sono finora le più interessanti conquiste della ricerca in relazione al data storage?

Queste sono le domande principali a cui vorrei rispondere in questo articolo.
Partiamo dalla prima domanda:

Cos’è la nanotecnologia?

La nanotecnologia è una parola creata alla fine degli anni novanta del secolo scorso, che semplicemente descrive le tecnologie che cercano di creare dei materiali in scala nanometrica. Un nanometro corrisponde a un miliardesimo di un metro. Per dirla con semplicità: quando i materiali vanno oltre il nanometro, le dimensioni determinano le proprietà dei materiali.

Ciò significa che spesso i materiali che sono più piccoli di un micrometro hanno proprietà differenti e pertanto si comportano in maniera differente. I materiali che sono fatti per o con la nanotecnologia possono avere un comportamento totalmente differente rispetto ai propri precursori chimici.

La nanotecnologia è già frequentemente utilizzata in molti campi. Le auto, per esempio, sono già verniciate con uno speciale prodotto contenente nano particelle che fa in modo che acqua e pioggia scivolino sulla carrozzeria. Questa vernice speciale protegge l’auto anche dalla ruggine.

Nel dentifricio invece sono incluse nanoparticelle di idrossiapatite, che potrebbero favorire la riduzione delle microfratture presenti sullo smalto dentale. Esistono giacche o pantaloni pensati per le attività all’aperto o per l’avventura sono realizzati con materiali tessili compositi che respingono il fango grazie a minuscoli nanomateriali.

Ciò che molte persone non realizzano è che nella tecnologia informatica utilizziamo già dispositivi di storage realizzati con la nanotecnologia: i chip di memoria basati su tecnologia flash utilizzati in computer o fotocamere sono costituiti da materiali semiconduttori coperti da uno strato di ossido isolante, spesso solo alcuni nanometri. Inoltre, è possibile salvare o cancellare i dati su un supporto di storage flash solo utilizzando la meccanica quantistica e la nanotecnologia: il cosiddetto effetto tunnel.

Ciò significa che la nanotecnologia nel data storage non descrive una determinata tecnologia storage da utilizzare, ma che i supporti, i materiali o i composti stanno diventando più piccoli e scendono sotto il la scala del micron.

Cosa può apportare la nanotecnologia allo storage dei dati?

Come descritto in precedenza, non sarebbe possibile ottenere i vantaggi dei chip di memoria basati su flash e delle schede USB e SSD senza ridurre le dimensioni oltre il limite nanometrico. Tuttavia, da molti anni, si effettuano ricerche su altri metodi per ridurre al minimo sia lo spazio di archiviazione utilizzato sia per salvare più dati su meno spazio, al fine di gestire l’output di dati in continua crescita dovuto al fenomeno dei big data.

Questo è il motivo per cui sono in corso ricerche in tutti i campi del data storage – indipendentemente dal fatto che sia basato sul magnetismo, con transistor a semiconduttore singolo con l’utilizzo dell’energia elettrica o storage ottici con luci laser differenti.

Con tutte e tre le tecniche di data storage, i ricercatori cercano di superare i limiti attuali utilizzando le nanotecnologie.

Il futuro: archiviare i dati con gli atomi

Ciò che annunciano ora i ricercatori sembra quasi tratto da un libro o un film di fantascienza. Essi infatti stanno cercando di arrivare al cuore di tutto, l’atomo.
Un fisico della Delft University of Technology nei Paesi Bassi ha riscosso un certo successo archiviando i dati direttamente sul componente più piccolo possibile: l’atomo.

Per raggiungere questo scopo il Dr. Sander Otte ha utilizzato atomi di cloro. Questi atomi possono organizzarsi su una superficie piatta di rame in un array a due dimensioni. Tuttavia, ci sono comunque degli spazi vuoti, i cosiddetti gap, in cui non ci sono atomi. Per semplificare, il Dr. Sanders Otte ha sviluppato un metodo per organizzare gap e atomi sulla superficie in modo da formare degli zero e degli uno come in un normale codice binario.

Utilizzando un microscopio a effetto tunnel controllato dal computer, il suo team è in grado di spostare gli atomi da un gap all’altro fino a formare gli array bit necessari e leggibili. La cosa sorprendente riguardo questa nanotecnologia è che è teoricamente possibile archiviare tutti i libri creati dall’uomo finora su una singola superficie grande quanto un francobollo.

Anche se questo metodo funziona bene in laboratorio, la lettura di un blocco di dati molto piccolo a 64 bit impiega un minuto, la scrittura impiega 2 minuti. Inoltre, il processo funziona solo con una temperatura di -196 °C e gli atomi restano nella posizione assegnata solo per 2 giorni, il che significa che i dati sono archiviati solo per 2 giorni. Per poi disperdersi  per sempre!

Sono state fatte anche altre prove sullo spostamento degli atomi utilizzando altri materiali, come per esempio gli atomi di cobalto. Ulteriori informazioni qui

Un altro metodo che utilizza gli atomi per archiviare i dati è stato pubblicato l’anno scorso dai ricercatori di un team internazionale dell’ETH Zurich and the Paul Scherrer Institut, Svizzera, delle università di Lione e Rennes e del College de France, Parigi, oltre che del Berkley National Labratory in California, USA. Grazie a questa collaborazione, il team è stato in grado di creare dei nanomagneti.

Sono riusciti a creare i nanomagneti collegando degli atomi magnetizzabili su una superficie di silice. La superficie di silice è semplicemente la nanoparticella di silice in cui vengono inclusi atomi di un metallo magnetico raro – il disprosio – utilizzando una temperatura di 400 °C o 750 ° Fahrenheit. Tuttavia, i ricercatori devono far fronte anche al fatto che il magnetismo dura solo per circa 90 secondi e a circa -270 °C o -454 °F . Non si tratta quindi, al momento, di una soluzione pratica per archiviare i dati dei computer.

L’ultimo esempio in cui la nanotecnologia viene già utilizzata per l’archiviazione dei dati consiste in un metodo sviluppato dai ricercatori dell’Università di Southampton. A differenza degli altri due metodi descritti in precedenza, essi hanno creato dei piccoli chip di storage utilizzando il vetro. Hanno usato la nanotecnologia e un laser superveloce. Il laser ha scritto dei documenti di testo sul chip di vetro con una luce estremamente intensa e intermittente.

Il vetro speciale utilizzato per questa operazione di storage ha una struttura supersottile dell’ordine del nanometro che consente di creare tre livelli di data point. Queste strutture cambiano il modo in cui la luce filtra attraverso il vetro e i dati possono essere letti utilizzando un microscopio ottico e un polarizzatore.  I ricercatori sostengono che questo sottile disco di vetro può archiviare 360 TB di dati per 13,8 miliardi di anni e chiamano il disco “Superman memory crystal”. La tecnologia è stata mostrata per la prima volta nel 2013 ed è già possibile archiviare completamente la Magna Carta e la Bibbia di re Giacomo su un disco del genere.

Conclusione

Gli esempi illustrati in questo articolo mostrano chiaramente che i ricercatori in tutto il mondo stanno attualmente lavorando su molti metodi differenti per far fronte alla richiesta di data storage con la nanotecnologia. Tuttavia, queste nuove idee e metodi sono ancora lontani dall’essere pronti per il mercato. Per il momento (e forse ancora per molti anni) gli utenti aziendali e i consumatori devono continuare ad adeguarsi utilizzando i supporti di storage usuali come HDD, SSD e nastri.

 

Copyright immagine: Tim Mossholder/ www.pexels.com

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