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| 本文作者： 恒亮 | 2016-07-20 11:41 |
美国国会图书馆档案室一角
日前，一个来自荷兰Delft大学的科研团队在英国科学杂志《自然纳米技术》(Nature Nanotechnology)上发表了他们最新的研究成果：利用单一原子存储信息的可重复使用存储设备。
《自然纳米技术》报道称，理论上该技术能够在一平方英寸（大约一个SD卡大小）中存储500TB的数据，这相当于在0.1平方毫米的面积里存下整个美国国会图书馆里的所有档案和书籍。不过，目前该团队展示的实际效果只能在0.1平方毫米里存入1KB。
其实物理学家们早在25年前就具备了原子控制能力。1990年，物理学家DonEigler就已经可以利用扫描隧道电子显微镜将35个氙原子排列成“IBM"字样。但是，由于原子在常温条件下极端的不稳定性，控制原子的技术成本很高，加上适宜的存储介质（即使用哪种原子）不好确定等原因，使得科学界采用原子存储数据的想法一直未能实现。
1990年物理学家DonEigler用35个氙原子排列成“IBM"字样
这些年随着时代的进步，电子科学技术的发展，最终使原子存储成为可能。
Delft大学的科研团队在一块预先排好栅格的铜板上吸附氯离子，然后通过最新的扫描隧道电子显微镜和一个特殊的“镊子”，控制氯原子在栅格中的分布，将氯原子和空隙排列成不同的组合，分别代表二进制的0或者1，从而实现了数据存储。具体的原子和空缺排列形式如下图所示：
图中深色的表示氯原子，浅色表示空缺，每四个方块表示一个栅格，每个栅格表示一个数据位，每行栅格表示一个字节。图中的一行用二进制ASCII编码的形式表示了小写字母e。
这种实现方式相对于1990年的做法有两点主要优势。
首先，因为原子周边都是空缺，因此完全可以细微地在栅格内按照原子固有的方式运动，相对于物理学家DonEigler将原子固定在一个点的做法，这提高了设备的稳定性。这种稳定性还带来了一个好处，从前需要液氦-210℃低温才能实现的原子控制现在-196℃就能满足要求。
另一方面，由于科学家可以在每个栅格做标记（比如在左上角放一个其他原子），这大大提高了数据的读取速度。从前需要一个接一个栅格地完整读取，然后再回头判断已经读取的数据是否正好满一个字节，现在只需要顺次读下去，碰到标记表示一个字节就行了。因此从前读取一组数据可能需要长达几天的时间，现在只要几个小时就OK了。
当然，该技术目前还有许多不成熟的地方。比如液氦-196℃低温环境的成本还是很高，并且无法实际应用，虽然速度相对从前快了不少，但还是不能满足日常需求等等。不过，令人兴奋的一点是，该技术或许对未来的原子存储技术指明了发展方向，我们期待着今后更大的突破。
来源：nature
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