原子存储器每平方英寸可存储的数据是普通硬盘的500倍

26年前，纳米科学家在单个原子上写下了“IBM”。如今，荷兰的研究人员通过可重写的千字节级原子级存储器，朝着使原子级信息存储在商业上具有可行性迈出了关键一步。¹

在理查德·费曼1959年的经典演讲中，底部有很多空间，通过讨论可以通过控制原子顺序实现的数据小型化的最终限制，他预测了纳米技术。这个看似不可能的壮举在费曼死后不久的1990年实现了(Don Eigler和加州IBM阿尔马登研究中心的艾哈德·施韦泽使用扫描隧道显微镜(STM)在镍表面用氙原子书写了他们的公司标志。²然而，尽管这很令人吃惊，但它并不是一个原子级硬盘的蓝图:原子必须被单独拖到相应的位置，并且表面必须冷却到4K以平息热运动，否则会使原子摇摆不动。物理学家说:“这项技术显然在随后的25年里得到了发展，但实际上并没有多大进步。桑德Otte荷兰代尔夫特理工大学教授。

在他们的新工作中，Otte和同事们开发了一种新方法。在超高真空下，它们蒸发了铜(2)氯粉涂在结晶铜表面，以获得氯原子的亚单层覆盖。通过移动氯原子和表面空位的相对位置，研究人员将二进制代码写入表面:位于氯原子上方的空位表示0，而位于氯原子下方的空位表示1。

Otte解释说，这个系统有几个优点。离子结合的表面更热稳定，可以加热到77K，而不会有热效应擦除编码数据。此外，空位可以被控制地移动，而不需要抓住单个原子。“我们在原子和目标之间的界面上注入电流，然后，由于电子-声子相互作用，我们在局部加热并为系统提供能量，使其可以移动。”“这使得他们能够编写一个计算算法来自动化控制STM尖端。

底部的空间要大一点

奥特说:“直到最近，当人们做涉及原子操纵的实验时，一个原子必须用手带到一个地方。”“我喜欢把这比作僧侣的劳动，他们必须这样抄写书。如果你用这个比喻，我们现在拥有的就是一台印刷机。”The researchers encoded 8000 bits (1 kilobyte) of data at 502 terabits per square inch – information storage 500 times denser than any hard disks available today. They then used this method of storing data to encode the opening passage of Feynman’s famous nanotechnology talk.

研究人员承认，尽管他们的系统的热稳定性意味着它不需要液氦，但它仍然需要液氮，从而降低了其能源效率。“我们的下一步将是探索其他卤素，如碘和溴，”奥特说。“它们更重，所以为了稳定，它们可能需要更高的温度。我们也可以用其他表面。”In addition, the rates at which data can be written and read, though faster than with previous types of atomic storage, are too slow – at present, it would take over two years to encode a 1 megabyte photograph. The researchers believe that feasible improvements should allow a data reading rate of 1 megabit per second. Ultimately, says Otte, the potential implications of the research may go beyond data storage to encompass alteration of materials’ macroscopic properties by tuning their atomic structures. ‘I think data storage is rather mundane!’

物理学家弗朗茨Himpsel美国威斯康辛大学麦迪逊分校的教授称这项工作是“真正的突破”。“以前的每个人，包括我自己在内，最多只能存储8位。”他认为，潜在的化学成分对这一成就至关重要:“他们发现了一个最佳点，在这个点上，结合的强度足够强，(原子)仍然可以在比以前的原子运动演示更高的温度下很容易地被书写，但又不会太强，以至于在这个过程中开始破坏(显微镜)尖端。”然而，他警告说，尽管数据读取速度可以提高到可接受的水平，“最大的障碍仍然是缓慢的写入”。