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原子存儲信息正變成現(xiàn)實 存儲密度提高

2016-07-26

       如果“我們能按照我們想要的方式操縱原子,將原子特性發(fā)揮到底,,會怎么樣,?”這是物理學家理查德·費曼在1959年的一次演講中提到的關于原子的猜想。他預測,,如果用原子存儲數(shù)據(jù),整個“大英百科全書”都可以裝在一個針尖上,。

  現(xiàn)在,,原子儲存信息的技術正在變?yōu)楝F(xiàn)實,。荷蘭代爾夫特理工大學科維理納米科學研究所桑德·奧特領導的研究小組,證明利用原子儲存大量信息是可行的,。

  在奧特的研究報告中,,他們將存儲密度提高到了500Tbpsi(兆兆比特/平方英寸),是目前最好商業(yè)硬盤的500倍,。桑德·奧特在接受媒體采訪時說:“理論上,,這種存儲密度能把人類迄今為止創(chuàng)作的所有書籍都寫到一張郵票上?!?/p>

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  寬 96 納米,、高 126 納米,存儲了 1 KB 信息,。存儲的究竟是什么內(nèi)容呢,?提示:“還剩下很多空間”。來源:Ottelab/cdn.phys.org,,新智元

   其實,,在1990年,IBM的一組科學家嘗試了原子儲存,。他們用35個放置在鎳薄片上的氙原子儲存了公司的名字,。IBM的科學家將溫度冷卻到零下 269℃,這比絕對零度即理論上所能達到的最低溫度僅僅高了4℃,。但這樣的成本極其昂貴,,而且也只是記錄了3個字母,沒有太大的實用價值,。

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  1990年,,IBM 研究員在鎳板表面用35個氙原子排列出“IBM”字樣。來源:research.ncku.edu.tw,,新智元

  這次荷蘭方面的實驗意義要大得多,。只需要溫度達到零下196℃,該團隊所儲存的數(shù)據(jù)就能保持穩(wěn)定,。盡管這聽上去沒什么特別的,,但這個溫度可以用液氮冷卻來達到,這樣一來,,就比IBM當年使用的液氦要便宜,。

  另外,荷蘭團隊使用的并不是IBM利用原子本身來儲存信息的技術,,而是采用二進制的方式,,用掃描隧道顯微鏡(STM)的針尖推動材料表面單個原子,制作比特編碼字母信息。

  奧特解釋說:“這就像一種滑動拼圖,,每個比特由兩個表面銅原子位構成,,我們把一個氯原子在這兩個銅原子位之間來回滑動。如果氯原子在頂位,,底位留一個空穴,,稱之為1,;如果頂位是空穴,,而氯原子在底位,稱之為0,?!?/p>

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英文字母“e”的原子排列圖示

  他們將氯原子排在銅板上,排成小方格,,并彼此連接,。研究團隊只占用銅板上六分之五的空間,因此還有空缺給空間中的氯原子,。正是因為原子之間的空隙,,晶格的信息儲存要比IBM使用氙原子要穩(wěn)定的多,也更適合存儲數(shù)據(jù),。

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研究人員新開發(fā)出的柵格存儲器標記具體示例,。來源:Ottelab/TUDelft,新智元

  不僅如此,,研究人員還表示,,未來能將現(xiàn)有的方格規(guī)模擴大,形成三維結構,,這樣每個方格就能存儲上千TB(1TB=1024GB)的數(shù)據(jù),。換句話說,用一粒鹽的大小就能容納美國國會圖書館的所有信息,。

  《經(jīng)濟學人》認為,,通過原子實現(xiàn)的高密度存儲信息,在未來可以拓展到手機,、電腦和數(shù)據(jù)中心存儲容量上,,還可以供云儲存技術使用,大幅度減少數(shù)據(jù)中心的占地需求,。這讓我們對原子儲存技術充滿想象,。

  但目前仍有兩個問題待解決。首先是原子可以穩(wěn)定在室溫條件里,,但這個問題,,至少從現(xiàn)在來看,實現(xiàn)過程緩慢。第二,,在奧特的論文中,,讀取和寫入每64位的信息需要1-2分鐘時間,他稱這一速度能快速提升至每秒一百萬位,。但這與現(xiàn)在的硬盤驅(qū)動速度相比,,仍然較為緩慢。

  《自然》雜志子刊《納米技術》也在最新一期文章中刊發(fā)了這一研究成果,。柏林材料物理學家Stefan F?lsch在接受該媒體采訪時稱,,該研究是一項非常好的概念驗證工作,通過操縱原子制造出可存儲設備,,為原子操縱技術的應用邁開了堅實的一步,。

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