原子存储的突破,邮票即可存下人类著作

  • jhbhv.cn   来源:新华网   2019/11/9 7:22:07  

原子存储正在变为可能:用一张邮票就能存下人类所有著作

宽 96 纳米、高 126 纳米,存储了 1 KB 信息。存储的究竟是什么内容呢?提示:“还剩下很多空间”。

如果“我们能按照我们想要的方式操纵原子,将原子特性发挥到底,会怎么样?”这是物理学家理查德·费曼在 1959 年的一次演讲中提到的关于原子的猜想。他预测,如果用原子存储数据,整个“大英百科全书”都可以装在一个针尖上。

现在,原子储存信息的技术正在变为现实。荷兰代尔夫特理工大学科维理纳米科学研究所桑德·奥特领导的研究小组,证明利用原子储存大量信息是可行的。

在奥特的研究报告中,他们将存储密度提高到了 500Tbpsi(兆兆比特/平方英寸),是目前最好商业硬盘的 500 倍。桑德·奥特在接受媒体采访时说:“理论上,这种存储密度能把人类迄今为止创作的所有书籍都写到一张邮票上。”

其实,在 1990 年,IBM 的一组科学家尝试了原子储存。他们用 35 个放置在镍薄片上的氙原子储存了公司的名字。IBM 的科学家将温度冷却到零下 269℃,这比绝对零度即理论上所能达到的最低温度仅仅高了4℃。但这样的成本极其昂贵,而且也只是记录了 3 个字母,没有太大的实用价值。

原子存储正在变为可能:用一张邮票就能存下人类所有著作

1990 年,IBM 研究员在镍板表面用 35 个氙原子排列出“IBM”字样。

这次荷兰方面的实验意义要大得多。只需要温度达到零下 196℃,该团队所储存的数据就能保持稳定。尽管这听上去没什么特别的,但这个温度可以用液氮冷却来达到,这样一来,就比 IBM 当年使用的液氦要便宜。

另外,荷兰团队使用的并不是 IBM 利用原子本身来储存信息的技术,而是采用二进制的方式,用扫描隧道显微镜(STM)的针尖推动材料表面单个原子,制作比特编码字母信息。

奥特解释说:“这就像一种滑动拼图,每个比特由两个表面铜原子位构成,我们把一个氯原子在这两个铜原子位之间来回滑动。如果氯原子在顶位,底位留一个空穴,称之为1;如果顶位是空穴,而氯原子在底位,称之为0。”

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英文字母“e”的原子排列图示

他们将氯原子排在铜板上,排成小方格,并彼此连接。研究团队只占用铜板上六分之五的空间,因此还有空缺给空间中的氯原子。正是因为原子之间的空隙,晶格的信息储存要比 IBM 使用氙原子要稳定的多,也更适合存储数据。

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研究人员新开发出的栅格存储器标记具体示例。

不仅如此,研究人员还表示,未来能将现有的方格规模扩大,形成三维结构,这样每个方格就能存储上千 TB(1TB=1024GB)的数据。换句话说,用一粒盐的大小就能容纳美国国会图书馆的所有信息。

通过原子实现的高密度存储信息,在未来可以拓展到手机、电脑和数据中心的存储容量上,还可以供云储存技术使用,大幅度减少数据中心的占地需求。这让我们对原子储存技术充满想象。

但目前仍有两个问题待解决。首先是原子可以稳定在室温条件里,但这个问题,至少从现在来看,实现过程缓慢。第二,在奥特的论文中,读取和写入每 64 位的信息需要1-2 分钟时间,他称这一速度能快速提升至每秒一百万位。但这与现在的硬盘驱动速度相比,仍然较为缓慢。

柏林材料物理学家 Stefan Fölsch 在接受该媒体采访时称,该研究是一项非常好的概念验证工作,通过操纵原子制造出可存储设备,为原子操纵技术的应用迈开了坚实的一步。


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