15年前，你的机械硬盘还装不了几部电影，今天，科学家把数据写入技术推向原子级别。 

据荷兰代尔夫特理工大学科维理纳米科学研究所网站最新消息，该校一个研究团队把存储空间缩小到了极限：每比特只占一个氯原子位，并按这个标准存储了1000字节（8000比特）的信息。

费曼之问揭开原子操作新领域

用原子存储信息的想法最早可以追溯到美国物理学家理查德·费曼，1959年这位当时在加州理工大学任教的教授向同事们提出了一个新的想法。从石器时代开始，人类从磨尖箭头到光刻芯片的所有技术，都与一次性地削去或者融合数以亿计的原子以便把物质做成有用的形态有关。范曼质问道，为什么我们不可以从另外一个角度出发，从单个的分子甚至原子开始进行组装，以达到我们的要求？他说：“至少依我看来，物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可能性。”

为纪念费曼的远见，研究团队在一块96×126纳米的存储区里编码了一章费曼讲义。

史上最小硬盘实现单原子信息存储

荷兰研究人员在新研究中将存储密度提高到500Tbpsi（兆兆比特/平方英寸），是目前最好商业硬盘的500倍。该研究负责人桑德·奥特（otto实验室在此）说：“理论上，这种存储密度能把人类迄今为止创作的所有书籍都写到一张邮票上。”

图：工作原理（来自：TechCrunch） 

该研究团队用扫描隧道显微镜（STM）的针尖推动材料表面单个原子，制作比特编码字母信息。奥特解释说：“这就像一种滑动拼图，每个比特由两个表面铜原子位构成，我们把一个氯原子在这两个铜原子位之间来回滑动。如果氯原子在顶位，底位留一个空穴，称之为1；如果顶位是空穴，而氯原子在底位，称之为0。”除这个编码氯原子及附近空穴外，其他氯原子仍保持原位，因此这种方法比用其他疏松原子的方法更稳定、更适合数据存储。

这些存储信息由许多8字节（64比特）模块组成，每块上都有氯原子空穴标记，就像机票上的扫描条形码，携带每个模块在铜层上的精确位置信息。如果其中一块因污染或表面腐蚀而被损坏，即使铜的表面并不完美，存储器也能很容易地扩展升级。

前景光明，道路曲折

目前，这项原子操纵技术距离成熟还有一段距离，距离商业化也还是不着边际的事。 

首先，储存对环境的要求极其苛刻。研究人员指出，氯铜原子阵列只在真空下可以保持稳定，并且需要如液氮一样低的温度。奥特认为，目前来看，这种技术比较有可能应用在大型的数据存储中心中。而商业化，进入每个人的个人电脑中，还没有技术上的解决方案。 

此外，奥特也承认，目前这项技术的一项致命短板是写入和读取速度。

但是他对未来表示乐观： 在物理学上看，关于提速这件事，我们不会遇到什么不可逾越的障碍。在未来，它的写入和读取速度可以和市面上的产品性能相似。当然了，从技术上说这确实是个挑战。

但不管怎么说，奥特和他的研究团队实现了科学家们多年梦寐以求的目标。他认为，这项技术在纳米科技上的应用潜力要更大。他说： 我现在还无法预计这项技术会把我们引向何方，但是我确信这将比数据存储更加振奋人心。

文章链接：

A. F. Otte, et al, "A kilobyte rewritable atomic memory," Nature Nanotechnology，doi:10.1038/nnano.2016.131

新闻链接：

Smallest hard disk to date writes information atom by atom

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