美國國會(huì)圖書館檔案室一角

日前，一個(gè)來自荷蘭Delft大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)在英國科學(xué)雜志《自然納米技術(shù)》(Nature Nanotechnology)上發(fā)表了他們最新的研究成果：利用單一原子存儲信息的可重復(fù)使用存儲設(shè)備。

《自然納米技術(shù)》報(bào)道稱，理論上該技術(shù)能夠在一平方英寸（大約一個(gè)SD卡大?。┲写鎯?00TB的數(shù)據(jù)，這相當(dāng)于在0.1平方毫米的面積里存下整個(gè)美國國會(huì)圖書館里的所有檔案和書籍。不過，目前該團(tuán)隊(duì)展示的實(shí)際效果只能在0.1平方毫米里存入1KB。

其實(shí)物理學(xué)家們早在25年前就具備了原子控制能力。1990年，物理學(xué)家DonEigler就已經(jīng)可以利用掃描隧道電子顯微鏡將35個(gè)氙原子排列成“IBM"字樣。但是，由于原子在常溫條件下極端的不穩(wěn)定性，控制原子的技術(shù)成本很高，加上適宜的存儲介質(zhì)（即使用哪種原子）不好確定等原因，使得科學(xué)界采用原子存儲數(shù)據(jù)的想法一直未能實(shí)現(xiàn)。

1990年物理學(xué)家DonEigler用35個(gè)氙原子排列成“IBM"字樣

這些年隨著時(shí)代的進(jìn)步，電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，最終使原子存儲成為可能。

Delft大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)在一塊預(yù)先排好柵格的銅板上吸附氯離子，然后通過最新的掃描隧道電子顯微鏡和一個(gè)特殊的“鑷子”，控制氯原子在柵格中的分布，將氯原子和空隙排列成不同的組合，分別代表二進(jìn)制的0或者1，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)存儲。具體的原子和空缺排列形式如下圖所示：

圖中深色的表示氯原子，淺色表示空缺，每四個(gè)方塊表示一個(gè)柵格，每個(gè)柵格表示一個(gè)數(shù)據(jù)位，每行柵格表示一個(gè)字節(jié)。圖中的一行用二進(jìn)制ASCII編碼的形式表示了小寫字母e。

這種實(shí)現(xiàn)方式相對于1990年的做法有兩點(diǎn)主要優(yōu)勢。

首先，因?yàn)樵又苓叾际强杖保虼送耆梢约?xì)微地在柵格內(nèi)按照原子固有的方式運(yùn)動(dòng)，相對于物理學(xué)家DonEigler將原子固定在一個(gè)點(diǎn)的做法，這提高了設(shè)備的穩(wěn)定性。這種穩(wěn)定性還帶來了一個(gè)好處，從前需要液氦-210℃低溫才能實(shí)現(xiàn)的原子控制現(xiàn)在-196℃就能滿足要求。

另一方面，由于科學(xué)家可以在每個(gè)柵格做標(biāo)記（比如在左上角放一個(gè)其他原子），這大大提高了數(shù)據(jù)的讀取速度。從前需要一個(gè)接一個(gè)柵格地完整讀取，然后再回頭判斷已經(jīng)讀取的數(shù)據(jù)是否正好滿一個(gè)字節(jié)，現(xiàn)在只需要順次讀下去，碰到標(biāo)記表示一個(gè)字節(jié)就行了。因此從前讀取一組數(shù)據(jù)可能需要長達(dá)幾天的時(shí)間，現(xiàn)在只要幾個(gè)小時(shí)就OK了。

當(dāng)然，該技術(shù)目前還有許多不成熟的地方。比如液氦-196℃低溫環(huán)境的成本還是很高，并且無法實(shí)際應(yīng)用，雖然速度相對從前快了不少，但還是不能滿足日常需求等等。不過，令人興奮的一點(diǎn)是，該技術(shù)或許對未來的原子存儲技術(shù)指明了發(fā)展方向，我們期待著今后更大的突破。

來源：nature

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