如何在单个原子大小的磁体上储存数据

如何在大小仅为一个原子的磁体上存储数据 《Popular Science Monthly》 尼古拉斯·奇尔顿，曼彻斯特大学 有一句谚语说，数据会扩展填满所有可用的容量。也许在十年或二十年前，常常会储存软件程序、MP3音乐、电影和其他文件，这些可能花了多年才收集到。在硬盘驱动器存储容量仅为几十GB的时代，空间不足是几乎不可避免的。现在我们拥有快速的宽带互联网，下载一个4.7GB的DVD已经司空见惯，我们可以更快地积累数据。据估计，全球持有的数据总量将从2013年的4.4万亿GB增长到2020年的44万亿GB。这意味着我们每天平均产生1500万GB的数据。尽管现在硬盘驱动器的容量已经达到了数千GB，而不仅仅是数十GB，但我们仍然存在存储问题。研究和开发的重点是开发更密集的新型数据存储方式，能够存储更大量的数据，并且以更节能的方式实现。有时，这涉及更新传统技术：最近IBM宣布了一项新的磁带技术，每平方英寸可存储25GB，创下了这项技术60年来的新世界记录。目前的磁性或固态消费者硬盘驱动器比磁带更密集，每平方英寸约为200GB，但磁带仍然经常用于数据备份。然而，数据存储研究的前沿是在个别原子和分子的层面上进行，这代表了技术微小化的极限。 追寻原子磁体 科研人员正在努力解决将这些技术从实验室引入主流的主要问题是它们目前尚不适用于常温。单个原子和SMMs都需要用液氦冷却（–269°C温度），这是一种昂贵且有限的资源。因此，在过去的25年里，研究的重点集中在提高能够观察到磁性记忆效应的温度。一个重要的目标是–196°C，因为使用液氮可以达到这个温度，而液氮是丰富而廉价的。在SMMs中提高磁性存储的温度取得了第一次实质性的进展，加利福尼亚研究人员增加了10°C。然而，我们曼彻斯特大学化学学院的研究团队已经在–213°C的温度下使用基于稀土元素二茂铕的新分子实现了磁性滞后，这一成果已在《自然》杂志发表。 未来用途 然而，还存在其他挑战。为了实际存储个别数据位，分子必须固定在表面上。之前曾对SMMs进行了示范，但对于这一最新一代的高温SMMs尚未这样做。另一方面，已经在表面上展示了单个原子的磁存储。最终的考验是在单个原子或分子中演示写入和非破坏性读出数据。这项工作首次在2017年由IBM的研究人员完成，他们展示了世界上最小的磁性存储设备，建立在一个单个原子周围。 尼古拉斯·奇尔顿，化学学院研究员，曼彻斯特大学 此文章最初发表于The Conversation。 阅读原文。