IBM验证原子级位记录基础技术密度提高1000倍

DoSTOR ◎ 2006-04-05 存储在线

导读： 存储在线 4月4日消息：在1～数个原子中保存1位数据，一种与实现硬盘终极大容量化目标有关的基础技术日前由美国IBM开发成功。此项成果已经刊登在《科学》杂志2006年3月30日的网络快报版“Science Express”上。利用1～10个磁性原子制成直链状分子，然后通过改变链

关键词：IBM

    存储在线 4月4日消息：在1～数个原子中保存1位数据，一种与实现硬盘终极大容量化目标有关的基础技术日前由美国IBM开发成功。此项成果已经刊登在《科学》杂志2006年3月30日的网络快报版“Science Express”上。

    利用1～10个磁性原子制成直链状分子，然后通过改变链接的原子数量，控制分子的磁性。“还可应用于量子计算机元件和超微细逻辑电路”（IBM研究部门）。

    可使硬盘面记录密度提高到现有水平的1000倍以上

    以硬盘为代表的磁记录设备的面记录密度上限，最终取决于构成数据记录单位、即“磁畴”的原子数。如能将原子数减至个位数，就能实现远远高于现在的记录密度。比如，假如能够将记录1位数据的磁畴大小缩小到只有几个原子大小的1nm2，那么纯粹从理论上计算，面记录密度将达到100Tbit/cm2，相当于现有硬盘的1000倍以上。

    实现这种终极大容量存储设备所不可缺少的是（1）检测单个原子磁性的技术；（2）将数个原子集中到任意位置，形成分子，对其磁性进行检测和控制的技术。其中，对于技术（1），IBM利用基于扫描隧道显微镜（scanning tunneling microscope：STM）的“自旋反转光谱法（spin-flip spectroscopy）”已于2004年验证完毕。

    此次的成果就是实现了技术（2）。其中，使用STM探针，对单个原子进行操作，在任意位置形成分子的技术，该公司已于1990年进行过验证。不过，过去很难以高精度对所形成的分子磁性进行检测。原因有2点，第一是能够在表面凹凸在几个原子高度以下的平坦金属薄膜上自由移动原子。即便好不容易在金属薄膜上形成了分子，也无法准确地检测它的磁性。因为会受到金属中自由电子自旋的影响。第二，2004年开发的手法无法对改变构成分子的原子数时的磁性变化进行检测。

    磁性取决于链接成直链状的原子数的奇偶数

    为了解决第一个课题，该公司利用相当于一个原子厚度的绝缘膜（CuN）覆盖了金属薄膜的表面。通过利用没有凹凸的绝缘膜覆盖金属表面，就不会再受到金属中电子自旋的影响，从而就能高精度地检测所形成的分子磁性。其次，为了解决第2个课题，新开发出了“自旋激发光谱法（spin-excitation spectroscopy）”。利用此方法就能在单个改变构成分子的原子数量时检测磁性的变化。

    在IBM利用1～10个Mn原子所做的实验中，当构成直链状分子的原子数为偶数（2,4,6,8,10）时不具有磁性，为奇数（1,3,5,7,9）时则具有磁性。据称，是磁性是否因原子自旋的相互作用而抵消产生了二者之间的差异。

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