IBM研究員克里斯-魯茨的單原子存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)儀器

3月9日下午消息，IBM宣布可以在單個(gè)原子上存儲(chǔ)1比特?cái)?shù)據(jù)，雖然這項(xiàng)突破性研究在實(shí)用性上還未得到驗(yàn)證，但它卻引領(lǐng)了該行業(yè)的研究方向。IBM近期已經(jīng)在學(xué)術(shù)期刊《Nature》上發(fā)表了相關(guān)研究成果。

目前，我們使用的硬盤存儲(chǔ)一個(gè)比特?cái)?shù)據(jù)大約需要10萬(wàn)個(gè)原子，若未來(lái)能實(shí)現(xiàn)單個(gè)原子存儲(chǔ)1比特?cái)?shù)據(jù)，那么存下蘋果蘋果音樂(lè)2600萬(wàn)首歌曲僅需要一枚硬幣大小的面積。不過(guò)，IBM該項(xiàng)目的研究員克里斯-魯茨（Chris Lutz）表示，這項(xiàng)技術(shù)實(shí)用化還需要幾十年的時(shí)間。

它的工作原理是：將一個(gè)鈥原子（一個(gè)大的具有許多不成對(duì)電子的原子）放置在氧化鎂基底上。在這種條件下，原子具有所謂的“磁雙穩(wěn)性”：當(dāng)原子處于兩不同自旋情況時(shí)，在磁場(chǎng)中分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。

單原子存儲(chǔ)原理圖

研究人員使用掃描隧道顯微鏡（STM）在原子上施加大約150毫伏的10微安的電流。電流進(jìn)入鈥原子可以使其改變其自旋狀態(tài)。 由于兩種狀態(tài)具有不同的導(dǎo)電性，STM尖端可以通過(guò)施加較低的電壓（約75毫伏）并測(cè)量其電阻來(lái)檢測(cè)原子所處的狀態(tài)。

為了確認(rèn)鈥原子改變了磁狀態(tài)，而不是受STM電流的一些干擾或影響，研究人員在附近設(shè)置一個(gè)鐵原子。 鐵原子會(huì)受其臨近原子磁性的影響，鈥原子處于其不同狀態(tài)時(shí)其表現(xiàn)不同。 這證明，實(shí)驗(yàn)真正在單個(gè)原子可以持久地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并可以被間接測(cè)量到。

IBM用原子排列出“IBM”字樣

IBM此前就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了原子級(jí)別的存儲(chǔ)，但并不等同于本篇論文里提到的單個(gè)比特的存儲(chǔ)。IBM當(dāng)時(shí)是直接用STM“搬運(yùn)”原子，并把這些原子排列成字母樣式。