单原子存储和单分子逻辑开关技术获突破

《科学》：超高密度存储设备及分子级计算机指日可待
 
美国IBM公司在最新一期《科学》杂志上发表了两份研究报告，公布了其在单原子存储技术和单分子逻辑开关研究方面取得的技术突破。这是纳米技术领域两项最新的重大科学成就。
 
在第一份报告中，IBM科学家描述了在测量单个原子的磁各向异性特性方面取得的重大进展。每个原子内部都有磁体，但之前还无人能够测量单个原子的磁各向异性特性。位于美国加州圣何塞的艾曼登实验室的研究者们使用IBM的扫描隧道显微镜来操纵单个铁原子，把它们在准备好的铜表面排列好，以观察每个原子磁各向异性的方向和强度。最后，研究人员成功地在一个单独原子上保存了一比特信息。
 
对单个原子磁各向异性的测量具有重要技术意义，因为它决定了一个原子储存信息的能力。目前，即使是存储密度最高的硬盘，要想保存一比特的信息也需要大约100万个磁性原子。单原子存储技术实用后可以得到超高密度的存储设备，容量至少相当于目前硬盘的1000倍，可以在一部iPod大小的装置内存储3万部全尺寸电影或是YouTube网站中的全部视频内容，估计容量超过1000万亿比特。
 
另一份由IBM苏黎世实验室发表的报告，则首次揭示了单分子开关。专家认为，这种分子开关技术有望取代当今的硅芯片技术，制造出超微型的处理器，未来一台超级计算机的体积也许只相当于一粒尘埃，这是迈向建造分子级计算机的一个重大跨越。
 
IBM扫描隧道显微镜实验室主管安德里亚斯·海因里希表示：“自从半导体技术发明以来，我们一直依赖缩小尺寸来改善性能，但电子的波长是10纳米左右，所以半导体工艺的改进是有极限的，不可能达到单个原子的层次。如果你想在原子层次进行计算或者传输数据，就必须寻找一种替代半导体的方法，而这就是IBM苏黎世实验室所要做的：设计一种全新的分子尺寸电路，有朝一日彻底取代硅电路和铜线。”
 
虽然将这些科学成果变成产品还有待时日，但这些技术突破将使科学家继续推动纳米技术领域的发展，最终制作出原子级的器件和结构，应用于未来的计算机芯片、储存设备、传感器等。