用一个原子存储一个比特,以后一张存储卡能存3000万首歌

你知道为什么过去一块转头大的硬盘只有 20 个 G,而现在一张 TF 卡就有 64 个 G 吗?

其实不管是硬盘也好、存储卡也好,所有存储设备在存储密度上的进展都是人类对微观事物操作能力提升的体现。

我们都知道计算机是只识别 0 和 1 的二进制动物,你所有的资料无论是图片、音乐、电影还是文档其实落实到存储设备上全都只用 0 和 1 来表示。存储每个 0 和 1 的单元就像一个小型的“开关”,在不同的介质比如磁盘、光盘、TF 里,这些开关是不同的东西,比如光盘就是激光打在盘面上时不同的反射状态,磁盘就是磁极信号的状态。

而用来存储 0 和 1 状态的这个“开关”的大小,则直接决定了存储密度的大小。如果开关做的越小,我们就能在越小的设备上存储上更多的数据。在最近 IBM 实验室的一项研究里,研究人员把这个开关的尺寸缩减到了单原子——用一个原子的状态表示 0 和 1,并可以稳定的进行读写操作。

在加利福尼亚州 IBM 研究部的实验室里,科学家用扫描隧道显微镜(STM)创造了一个极端真空的环境,并使用液氦对目标进行了冷却。在排除了空气分子和其它任何形式的污染干扰之后,科学家们利用一个微小的电流改变了钬原子的磁性状态——他们可以让钬原子的磁方向向上转或向下转。得益于显微镜对操作的精准控制,科学家们创造了目前这个世界上可稳定重复读取写入的最小存储单元。

这个原子级“开关”只有 1 个原子,而目前市面上所销售的存储密度最大的存储设备里,用于表示单个比特的“开关元件”体积也在 100,000 个原子左右。该团队的科学家表示,未来这项技术可以使人类开发出比目前存储密度高 1,000 倍的存储设备,这意味着在一张信用卡大小的设备里,我们可以存储 3,000 万首歌。

值得注意的是在这次研究中被使用的扫描隧道显微镜,也是 IBM 的杰出之作。1981 年格尔德·宾宁和海因里希·罗雷尔在 IBM 位于瑞士苏黎世的苏黎世实验室发明了这个设备。这种仪器是一种非光学显微镜,它让科学家可以观察到物体表面的纳米结构,拓展了人类对微观世界的观察和控制力。两位发明者因此获得了 1986 年的诺贝尔物理学奖。

不过,既然用上了如此重型的研究设备,你就知道这项技术距离商业化还很遥远。参与本次研究的纳米科学家之一斯托弗·卢茨说:“我们进行这项研究是为了了解到当存储元件缩减到极致(单原子)的时候会发生什么。”

IBM 此前就一直致力于原子级存储的研究,但这一次的实验突破性的证实了单原子磁性存储是可行的,他们把相关的成果发表在了自然上。研究人员认为这是一个令人激动的开始,他们会努力的尝试推进这项技术向商业化转变。

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