毫無(wú)疑問(wèn)，在提升存儲(chǔ)密度的研究方面，研究人員很快會(huì)遇到量子力學(xué)的基本限制所導(dǎo)致的壁壘。對(duì)于需要在更小物理空間存儲(chǔ)越來(lái)越多數(shù)據(jù)的世界來(lái)說(shuō)，這無(wú)疑是個(gè)壞消息。

但也許分子存儲(chǔ)形式會(huì)帶來(lái)改變。德國(guó)基爾大學(xué)的研究人員表示，他們發(fā)現(xiàn)一種方法最終可將傳統(tǒng)硬盤的存儲(chǔ)密度提高一百倍以上。

這項(xiàng)新技術(shù)采用自旋交叉分子來(lái)創(chuàng)建潛在的微小的存儲(chǔ)單元。與傳統(tǒng)HDD一樣，這種獨(dú)特的分子使用其當(dāng)前的磁性狀態(tài)來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。為了正常工作，分子必須被放置在穩(wěn)定的表面，而不會(huì)妨礙其保存信息。基爾大學(xué)研究人員聲稱，他們不僅將自旋交叉分子放在可靠的平面平臺(tái)，而且通過(guò)使用以前被視為阻礙的特定相互作用已經(jīng)提高了潛在最大存儲(chǔ)容量。

向前邁進(jìn)一步

存儲(chǔ)密度方面的最新進(jìn)展讓存儲(chǔ)介質(zhì)的物理尺寸顯著縮小，同時(shí)容量在不斷提升。基爾大學(xué)實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用物理研究所的研究小組成員Manuel Gruber最近指出，現(xiàn)在典型硬盤驅(qū)動(dòng)器的單個(gè)位僅消耗大約10*10納米的物理空間。然而，隨著數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求持續(xù)飆升，即使是當(dāng)今高密度存儲(chǔ)介質(zhì)也無(wú)法跟上日益增長(zhǎng)的設(shè)備小型化的步伐。更糟糕的是，專注于當(dāng)前方法的存儲(chǔ)研究人員正開(kāi)始想辦法對(duì)抗看似無(wú)法穿透的量子力學(xué)壁壘。

為了應(yīng)對(duì)這些趨勢(shì)，基爾大學(xué)研究人員開(kāi)始將存儲(chǔ)科學(xué)帶回到最基本的水平，使用僅1平方納米的分子。通過(guò)這種方法，單個(gè)位可被編碼到比目前小一百倍的區(qū)域。這意味著理論上來(lái)說(shuō)，分子存儲(chǔ)可將傳統(tǒng)硬盤驅(qū)動(dòng)器的密度提高一百倍以上。

多學(xué)科項(xiàng)目

基爾大學(xué)研究人員于2014年開(kāi)始研究分子存儲(chǔ)技術(shù)。Gruber稱：“這個(gè)項(xiàng)目涉及來(lái)自不同領(lǐng)域的大量團(tuán)隊(duì)，包括物理學(xué)、化學(xué)和材料科學(xué)。”該項(xiàng)目的重點(diǎn)是了解和改善分子交換屬性。他解釋說(shuō)：“我們想要了解，在長(zhǎng)期來(lái)看，分子機(jī)制可實(shí)現(xiàn)不同類型的應(yīng)用，從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到醫(yī)療應(yīng)用。”

Gruber表示：“分子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是我們發(fā)現(xiàn)的一種潛在應(yīng)用。我們做了概念驗(yàn)證，但我們沒(méi)有開(kāi)發(fā)這項(xiàng)技術(shù)。”這些研究人員正在進(jìn)行新的實(shí)驗(yàn)，他們?cè)噲D了解分子機(jī)制的原理，這甚至可能會(huì)帶來(lái)更好的交換機(jī)。

三位狀態(tài)

這種新的分子存儲(chǔ)可在高磁場(chǎng)狀態(tài)和低磁場(chǎng)狀態(tài)之間切換，也可以旋轉(zhuǎn)45度。當(dāng)用于存儲(chǔ)時(shí)，這種設(shè)備可以三種狀態(tài)顯示信息：0、1和2。

Gruber解釋說(shuō)：“對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)硬盤，磁盤是分區(qū)的。磁盤的小部分對(duì)應(yīng)一個(gè)位。”根據(jù)相關(guān)磁場(chǎng)的方向的不同，位以0或1的形式存儲(chǔ)在磁盤。Gruber稱：“我們的系統(tǒng)不同，信息可存儲(chǔ)在單個(gè)分子中，大約1納米大小，這比標(biāo)準(zhǔn)位要小得多。此外，我們有三個(gè)可能的狀態(tài)，我們可以用0、1和2，因此，存儲(chǔ)密度可能會(huì)顯著增加。”

在這方面，研究人員面臨的最大挑戰(zhàn)是找到合適的分子以及表面平臺(tái)，并需要開(kāi)放出一種方法將這兩種易損元素連接在一起，使其能夠正確有效地工作。化學(xué)家團(tuán)隊(duì)最終能夠合成一類特殊的磁性分子。Gruber及合作伙伴Sujoy Karan在內(nèi)的物理學(xué)家隨后可將該分子放在穩(wěn)定的氮化銅表面。

目前分子存儲(chǔ)在非常低的溫度(4開(kāi)爾文)下位非揮發(fā)性，Gruber指出：“然而，在室溫下存儲(chǔ)可能會(huì)揮發(fā)，對(duì)于這一點(diǎn)，我們還沒(méi)有完全了解。”

展望未來(lái)

在該存儲(chǔ)介質(zhì)用于實(shí)驗(yàn)室之外前，研究人員還必須克服很多障礙。Gruber稱：“例如，我們使用極端的實(shí)驗(yàn)條件：超高真空環(huán)境和非常低的溫度。這是為了確保環(huán)境不會(huì)影響我們的測(cè)量;否則，我們對(duì)該系統(tǒng)的理解會(huì)有偏差。”

分子存儲(chǔ)技術(shù)的商業(yè)化部署仍有數(shù)年之遙。Gruber指出：“現(xiàn)在我們很難給出估計(jì)時(shí)間，但我可以說(shuō)，未來(lái)十年我們都無(wú)法預(yù)見(jiàn)任何商業(yè)用例。”鄒錚譯