將磁體切成兩半，它會變成兩個較小的磁體。再次切片製成四個。 但是，磁體越小，它們就越不穩定；它們的磁場往往會隨時翻轉極性。 然而，現在物理學家們已經成功地用單個原子製造出了穩定的磁體。
該團隊於 3 月 8 日在《自然》雜誌上發表了他們的工作成果，他們使用單原子磁體制造了一種原子硬碟。這款可重寫裝置由 2 個這樣的磁體組成，只能儲存 2 位資料，但瑞士洛桑聯邦理工學院 (EPFL) 的物理學家、論文作者法比安·納特勒表示，擴充套件後的系統可以將硬碟儲存密度提高 1000 倍。
“這是一項里程碑式的成就，” 荷蘭代爾夫特理工大學的物理學家桑德·奧特說。“最終，單原子磁穩定性得到了無可否認的證明。”
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在普通硬碟內部，有一個磁碟被分割成磁化區域——每個區域都像一個微小的條形磁體——其磁場可以向上或向下。每個方向代表 1 或 0——一個稱為“位”的資料單位。磁化區域越小，可以儲存的資料密度就越高。但是磁化區域必須穩定，這樣硬碟內部的“1”和“0”才不會意外切換
目前商用位由約 100 萬個原子組成。但在實驗中，物理學家們已經大大減少了儲存 1 位資料所需的原子數量——從 2012 年的 12 個原子減少到現在僅一個。納特勒和他的團隊使用了鈥原子，一種稀土金屬，它位於氧化鎂片上，溫度低於 5 開爾文。
納特勒說，鈥特別適合單原子儲存，因為它有許多未配對的電子，這些電子產生強大的磁場，並且它們位於靠近原子中心的軌道上，在那裡它們受到環境的遮蔽。這使得鈥具有既大又穩定的磁場。但是遮蔽也有一個缺點：它使得鈥非常難以相互作用。直到現在，許多物理學家都懷疑是否有可能可靠地確定原子的狀態。
資料位
為了將資料寫入單個鈥原子，該團隊使用了來自掃描隧道顯微鏡磁化尖端的電流脈衝，這可以將原子場的方向在 0 或 1 之間翻轉。在測試中，磁體被證明是穩定的，每個磁體都將其資料保留了幾個小時，團隊從未看到一個磁體意外翻轉。他們使用相同的顯微鏡來讀出位——不同的電流流量揭示了原子的磁狀態。
為了進一步證明尖端可以可靠地讀取位，該團隊（包括來自技術公司 IBM 的研究人員）設計了第二種間接讀取方法。他們使用相鄰的鐵原子作為磁感測器，對其進行調整，使其電子特性取決於 2 位系統中兩個鈥原子磁體的方向。奧特說，該方法還允許團隊同時讀取多個位，這使其比顯微鏡技術更實用且侵入性更小。
使用單個原子作為磁位將大大提高資料儲存密度，納特勒說，他的 EPFL 同事正在研究製造大型單原子磁體陣列的方法。但是，2 位系統離實際應用還很遠，並且遠遠落後於另一種單原子儲存，後者將資料編碼在原子的位置而不是磁化強度中，並且已經構建了一個 1 千位元組（8,192 位）可重寫資料儲存裝置。
然而，奧特說，磁性系統的一個優點是它可以與自旋電子學相容。這項新興技術不僅使用磁狀態來儲存資料，還使用磁狀態來代替電流在計算機中移動資訊，這將使系統更加節能。
在短期內，物理學家們對研究單原子磁體更感興趣。例如，納特勒計劃觀察三個微型磁體，這些磁體的方向使其磁場相互競爭——因此它們不斷翻轉。“現在你可以擺弄這些單原子磁體，像使用樂高積木一樣，從頭開始構建磁性結構，”他說。
本文經許可轉載，並於2017 年 3 月 8 日首次釋出。