工程师们只能在智能手机和平板电脑等设备中塞入如此多的计算能力，然后他们就会遇到物理障碍。尽管 摩尔定律 著名地预测，人们可以挤压到内存芯片上的晶体管数量每隔几年就会翻一番，但技术无法无限小型化。
研究人员正试图通过从小处着手——使用单个原子——来在数据存储容量方面取得重大进展。现在，一个团队开发了一种 1 千字节的可重写数据存储设备，该设备使用排列在小型金属表面上的氯原子。研究人员在 7 月 18 日的《自然-纳米技术》杂志上报告称，如果该团队将表面扩展到一平方厘米，则可以容纳约 10 太字节的信息。
荷兰代尔夫特理工大学的物理学家、主要研究作者桑德·奥特说：“这是迄今为止在原子尺度上创建的最大组件，其数据容量比最先进的硬盘驱动器高出几个数量级。”
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拼图碎片
该技术依赖于可靠且快速地重新排列单个原子的能力。科学家们在 1990 年展示了如何做到这一点，当时他们小心地收集了散布在表面上的氙原子，拼出了“IBM”。现在，奥特和他的团队将这一概念更进一步。他们将氯原子排列成铜表面上的正方形网格，然后将这些网格并排放置，就像不间断的梯田一样。
每个网格都包含一些空槽或孔洞。这使得研究团队可以像在瓷砖拼图中滑动碎片一样移动原子。网格上的每一行编码一个数字信息单元，称为字节。
奥特的团队使用带有尖锐针头的扫描隧道显微镜，就像最微小的镊子一样，探测原子并使它们跳入相邻的空间。一个氯原子和一个空位构成一个比特（一个字节中有 8 个比特）。在空位中移入和移出氯原子意味着研究人员可以在 1 和 0 之间切换，这是计算机代码的基础。
研究人员还能够在每个网格的左上角放置原子标记，这减少了读取编码到每个排列中的信息所需的时间。读取网格的设备可以简单地读取指示代码行末尾的标记，例如，而不是逐位地费力地浏览整个模式。自动化过程只需几个小时即可完成读取或写入，而早期的过程则需要数天。
并非黄金时段
该设备的一大缺点是它必须保持在 –196 °C：液氮的沸点。这与室温相差甚远，但它比使用液氦作为冷却剂更温暖且更便宜，之前的原子存储器开发尝试就是如此。
柏林保罗·德鲁德固态电子研究所的材料物理学家斯特凡·弗尔施说：“这是一项非常好的原理验证工作，它展示了将原子操纵技术应用于可能导致功能性存储设备的第一步。”
如果研究人员可以将该技术扩展到更大的结构，并在三个维度上排列他们的网格，那么就可以将数百太字节——相当于美国国会图书馆中包含的所有信息——压缩到一个盐粒大小的立方体中。进一步的改进可能对云中的数据存储有用，从而减少对新数据中心的需求。
但数据存储只是其中一个应用。“奥特的研究让人们有兴趣思考我们想在原子尺度上做什么，”加利福尼亚州圣何塞市 Almaden 研究中心的 IBM 研究中心的工作人员科学家克里斯·卢茨说。从长远来看，奥特及其同事的研究可以为逐个原子地设计新材料铺平道路。
本文经许可转载，并于 首次发布 于 2016 年 7 月 18 日。