IBM 研發原子級儲存技術,打造「奈米硬碟」

作者 | 發布日期 2017 年 03 月 09 日 18:38 | 分類 奈米 , 尖端科技 , 記憶體 follow us in feedly

資料儲存技術日新月異,同樣大小硬碟能儲存的資料越來越多,只是時間上的問題而已,人們似乎早就習以為常。但日前 IBM 發表一項最新進展,成果可謂相當驚人。研究人員藉由將原子轉化為世界上最小的「磁鐵」,能夠將 1 位元的資料保存在一顆原子中。




比較之下,目前的硬碟相當於需要 10 萬顆原子才能儲存 1 位元的資料,這項進展開啟了超高密度儲存的大門,讓將來的硬碟可以大幅縮小,儲存巨量資料。打個比方,就像是把 iTunes 上 3,500 萬首歌全部存到信用卡一般大小的硬碟當中。

為了弄清楚儲存技術來到原子等級的極限會發生什麼情況,位於加州聖荷西的 IBM 研究團隊使用了另一項過去 IBM 自己發明的重要科技,也就是掃描式穿隧電子顯微鏡(scanning tunneling microscope,STM),來觀察那些儲存了資料的原子動作,並且加以定位。他們將鈥(holmium)原子置於氧化鎂(magnesium oxide)的表面,讓原子的磁極穩定,磁極的方向決定了原子構成 1 還是 0。若要將資料寫入這個「儲存系統」,必須藉由 STM 的探針誘導電流,翻轉原子的磁極方向。而想讀取訊息,則只需測量經過每個原子的磁流(magnetic current)即可,它的變化是根據哪個磁極朝上來決定。

過去的研究,最多將 3~12 個原子組成可單獨定址的雙穩態磁性位元(bistable magnetic bits),現在 IBM 不僅可以減少到只剩一個原子,還能讓儲存在原子上的訊息維持數小時穩定。而且,只要兩個帶磁性的原子,彼此之間僅有一奈米的距離,就可以獨立寫入或讀取。

要達到這項目標,必須在奈米等級的結構中掌握每個原子,這對目前的儲存技術來說還是過於高深,除了得靠 STM 進行測試,還必須在有液氦冷卻以及極端真空的實驗室環境下才能達成。不過,從 IBM 在 1956 年發明第一顆硬碟 305 RAMAC 以來,當時這部相當於兩台冰箱那麼大、重量超過 1 噸的硬碟,儲存容量只有 5MB;1980 年 IBM 發表了首次以 GB 為單位的硬碟,體積終於縮到只有一台冰箱的大小;再到 1998 年首次推出 MD(Microdrive),科技進展的腳步不曾停歇。即便 IBM 早已在 2003 年將硬碟部門與日立合併,但如今靠著研究中心的團隊,證明了控制單一原子的磁性就能當作記憶體,向「奈米硬碟」的問世跨出了第一步。

(首圖來源:IBM Research) 

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