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在这个信息爆炸的时代，每天都有超过10亿GB的数据喷涌而出。为了保存这些海量井喷式的数据，人们总是希望存储设备能变得更小、容量更大。科学家们也一直探索着如何将数字信息的基本单位压缩到更小的空间里。 最近，荷兰代尔夫特理工大学的一个研究团队就成功地进行了一次堪称极致的信息压缩。他们设计了一款“原子级”的存储器，利用原子的排列和移动进行信息记录。目前，这个小小的存储器容量还只有1KB（8000比特），不过它的存储密度超群，可以达到目前最好的市售硬盘的500倍之多。研究者表示，如果能够进行大规模存储，用这种方法能将人类迄今为止所有的书籍都压缩到邮票大小的一块存储器上。 下面这张图片显示的就是这块信息密度超高、但目前还非常迷你的原子级存储器。整块“硬盘”长126纳米，宽96纳米。上面密密麻麻的点阵写下的信息节选自物理学家理查德·费曼（Richard Feynman）的著名演讲“There's Plenty of Room at the Bottom”。正是在这次演讲中，费曼提出了利用单个原子作为基本单位进行信息存储的可能性。 1KB原子存储器的全貌，扫描隧道显微镜图像。图片来自原论文。点这里可以查看大图 如此袖珍的硬盘如何完成信息写入与读取？答案是低温扫描隧道电子显微镜技术。扫描隧道显微镜是一种“针尖下摸索”的技术，它纤细的针尖会加上电压，在样品表面悬空一小段距离进行“摸索”，通过隧穿电流的测量，就可以“摸”出材料表面的原子“高度图”。利用扫描隧道显微镜的针尖，还可以操控单个原子，移动它的位置。在这里，研究者们就通过移动氯原子完成了信息记录。 扫描隧道显微镜示意图 “硬盘”由两层结构组成，在铜制基底上，整齐排列着一层氯原子，在这层氯原子中又存在着多个“空缺位置”。通过探针移动氯原子改变空缺的位置，这就实现了基本信息单元的写入，而通过探针的探测，就可以把信息读取出来。 氯原子（用蓝色球表示）的空缺会在材料表面造成一个“小坑”，扫描隧道显微镜可以探测到这些小坑，并改变它们的位置。在扫描隧道显微镜图像中，“小坑”显示为深蓝色。 只要把一个氯原子和它旁边的一个空位作为一个基本单元，并且把两种可以相互转换的空缺位置关系分别定义为“0”和“1”，就可以进行各种信息的二进制编码了。在探针的控制下，这种方法写入的信息还可以再进行修改。 那为什么是氯原子，而不是其他什么原子担起了信息记录的重任呢？这是科学家经过比较挑选的结果。要想用这种方法记录信息，就必须让表面原子在有较多位置空缺时依然能够稳定地保持排列状态。而氯原子能够满足这一要求，并且可以在相对较高的温度下也保持稳定（不过，这“相对较高”的温度依然相当低）。 研究人员用这些氯原子和空格组成的基本原件构成原子存储器。在这个纳米尺度的存储器上，每一个小方块都含有8个字节，也就是64个最基本的比特单元。同时，在每一个小方块上还加入了特定的标记，这些标记起到了定位的作用，有了它们，就可以更方便地找到需要调用的信息。 更为周到的是，该标记还可以指示相应的区块是否存在受损，这就保证了，即便铜原子表面不那么完美平滑，也不会影响信息的存储效果。 原子存储器上的标记。可以看到像俄罗斯方块一样的排列组合代表不同的状态：起始点，终止点，坏点等。图片来自原论文 在这个大数据和云计算蓬勃发展的时代，这样高度浓缩的存储新技术一旦问世必然会大受欢迎。不过，原子级存储席卷市场的日子还不会马上到来。 研究人员指出，为了保持原子的稳定性和数据的可靠性，该存储器暂时只能在高度清洁的真空环境中运行，而且要放在零下196℃（77K）的液氮环境当中才行。不过，在这项研究中，我们确实又离更大容量、更小体积的原子存储器近了一步。 （编辑：窗敲雨；排版：Sol_阳阳） 参考资料： |
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