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| 本文作者： 恒亮 | 2016-07-20 11:41 |
美國國會圖書館檔案室一角
日前，一個來自荷蘭Delft大學的科研團隊在英國科學雜志《自然納米技術》(Nature Nanotechnology)上發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使用存儲設備。
《自然納米技術》報道稱，理論上該技術能夠在一平方英寸（大約一個SD卡大小）中存儲500TB的數據，這相當于在0.1平方毫米的面積里存下整個美國國會圖書館里的所有檔案和書籍。不過，目前該團隊展示的實際效果只能在0.1平方毫米里存入1KB。
其實物理學家們早在25年前就具備了原子控制能力。1990年，物理學家DonEigler就已經可以利用掃描隧道電子顯微鏡將35個氙原子排列成“IBM"字樣。但是，由于原子在常溫條件下極端的不穩定性，控制原子的技術成本很高，加上適宜的存儲介質（即使用哪種原子）不好確定等原因，使得科學界采用原子存儲數據的想法一直未能實現。
1990年物理學家DonEigler用35個氙原子排列成“IBM"字樣
這些年隨著時代的進步，電子科學技術的發展，最終使原子存儲成為可能。
Delft大學的科研團隊在一塊預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，分別代表二進制的0或者1，從而實現了數據存儲。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，每四個方塊表示一個柵格，每個柵格表示一個數據位，每行柵格表示一個字節。圖中的一行用二進制ASCII編碼的形式表示了小寫字母e。
這種實現方式相對于1990年的做法有兩點主要優勢。
首先，因為原子周邊都是空缺，因此完全可以細微地在柵格內按照原子固有的方式運動，相對于物理學家DonEigler將原子固定在一個點的做法，這提高了設備的穩定性。這種穩定性還帶來了一個好處，從前需要液氦-210℃低溫才能實現的原子控制現在-196℃就能滿足要求。
另一方面，由于科學家可以在每個柵格做標記（比如在左上角放一個其他原子），這大大提高了數據的讀取速度。從前需要一個接一個柵格地完整讀取，然后再回頭判斷已經讀取的數據是否正好滿一個字節，現在只需要順次讀下去，碰到標記表示一個字節就行了。因此從前讀取一組數據可能需要長達幾天的時間，現在只要幾個小時就OK了。
當然，該技術目前還有許多不成熟的地方。比如液氦-196℃低溫環境的成本還是很高，并且無法實際應用，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，令人興奮的一點是，該技術或許對未來的原子存儲技術指明了發展方向，我們期待著今后更大的突破。
來源：nature
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