工程師們只能在智慧手機和平板電腦等裝置中塞入如此多的計算能力，然後他們就會遇到物理障礙。儘管 摩爾定律 著名地預測，人們可以擠壓到記憶體晶片上的電晶體數量每隔幾年就會翻一番，但技術無法無限小型化。
研究人員正試圖透過從小處著手——使用單個原子——來在資料儲存容量方面取得重大進展。現在，一個團隊開發了一種 1 千位元組的可重寫資料儲存裝置，該裝置使用排列在小型金屬表面上的氯原子。研究人員在 7 月 18 日的《自然-奈米技術》雜誌上報告稱，如果該團隊將表面擴充套件到一平方釐米，則可以容納約 10 太位元組的資訊。
荷蘭代爾夫特理工大學的物理學家、主要研究作者桑德·奧特說：“這是迄今為止在原子尺度上建立的最大元件，其資料容量比最先進的硬碟驅動器高出幾個數量級。”
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拼圖碎片
該技術依賴於可靠且快速地重新排列單個原子的能力。科學家們在 1990 年展示瞭如何做到這一點，當時他們小心地收集了散佈在表面上的氙原子，拼出了“IBM”。現在，奧特和他的團隊將這一概念更進一步。他們將氯原子排列成銅表面上的正方形網格，然後將這些網格並排放置，就像不間斷的梯田一樣。
每個網格都包含一些空槽或孔洞。這使得研究團隊可以像在瓷磚拼圖中滑動碎片一樣移動原子。網格上的每一行編碼一個數字資訊單元，稱為位元組。
奧特的團隊使用帶有尖銳針頭的掃描隧道顯微鏡，就像最微小的鑷子一樣，探測原子並使它們跳入相鄰的空間。一個氯原子和一個空位構成一個位元（一個位元組中有 8 個位元）。在空位中移入和移出氯原子意味著研究人員可以在 1 和 0 之間切換，這是計算機程式碼的基礎。
研究人員還能夠在每個網格的左上角放置原子標記，這減少了讀取編碼到每個排列中的資訊所需的時間。讀取網格的裝置可以簡單地讀取指示程式碼行末尾的標記，例如，而不是逐位地費力地瀏覽整個模式。自動化過程只需幾個小時即可完成讀取或寫入，而早期的過程則需要數天。
並非黃金時段
該裝置的一大缺點是它必須保持在 –196 °C：液氮的沸點。這與室溫相差甚遠，但它比使用液氦作為冷卻劑更溫暖且更便宜，之前的原子儲存器開發嘗試就是如此。
柏林保羅·德魯德固態電子研究所的材料物理學家斯特凡·弗爾施說：“這是一項非常好的原理驗證工作，它展示了將原子操縱技術應用於可能導致功能性儲存裝置的第一步。”
如果研究人員可以將該技術擴充套件到更大的結構，並在三個維度上排列他們的網格，那麼就可以將數百太位元組——相當於美國國會圖書館中包含的所有資訊——壓縮到一個鹽粒大小的立方體中。進一步的改進可能對雲中的資料儲存有用，從而減少對新資料中心的需求。
但資料儲存只是其中一個應用。“奧特的研究讓人們有興趣思考我們想在原子尺度上做什麼，”加利福尼亞州聖何塞市 Almaden 研究中心的 IBM 研究中心的工作人員科學家克里斯·盧茨說。從長遠來看，奧特及其同事的研究可以為逐個原子地設計新材料鋪平道路。
本文經許可轉載，並於 首次釋出 於 2016 年 7 月 18 日。