左圖：單個鈥原子磁體的STM圖像。右圖：氧化鎂上的鈷輔助原子。
在當今世界，除了常見的傳統硬盤和磁帶等磁性存儲設備之外，近年來固態硬盤的興起似乎是一個巨大進步，然而這並不能滿足全球數據存儲量迅猛增長的需求——每天增加1500萬千兆字節（G）。於是，科學家們把目光轉向了更高科技的替代存儲設備，而其中一種就是單原子磁體儲存器——儲存裝置是由粘(“吸附”)在其表面的單個原子組成的，每個原子都能存儲通過量子力學寫入和讀取的單個數據位。由於原子體積很小，並且可以密集地聚集在一起，小體積的單原子存儲設備擁有巨大的數據容量。
但目前單原子磁體仍處於基礎研究階段，在它被應用到商用設備之前，研究人員還需要克服許多根本性的障礙。瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）在該領域的研究一直處於全球的最前沿，研究人員們克服了剩餘磁化的問題，並證明了單原子磁體可以用於讀寫數據。
據《物理評論快報》（Physical Review Letters）最新刊發的一篇研究論文稱，該所的物理學家們利用掃描隧道顯微鏡（Scanning Tunneling Microscopy）證明了由一個單個鈥原子組成的磁體的穩定性，而鈥原子是他們多年來一直在研究的一個元素。
該論文的第一作者、EPFL的研究員費比安·納特勒（Fabian Natterer）介紹說：“單原子磁體為我們提供了一個有趣的視角，因為量子力學可能為跨越其穩定性障礙提供一條捷徑，這是我們將來可以利用的一大特性，這也將是實現原子數據存儲記錄前的最後一個技術難題。”
為了實驗其穩定性，科學家們將鈥原子暴露在通常會使單原子磁體失去磁性的極端條件下，如極高溫和強磁場中。經驗證，在這些可能會影響未來存儲設備性能並構成風險的條件下，單原子磁體表現卓越。一方面，在高於8特斯拉的強磁場中，它表現出了“破紀錄的矯頑性”——在極端強的外磁場中仍避免被消磁；另一方面，研究人員將一系列單個鈥原子磁體暴露於45開式度（零下233.15攝氏度）的“高溫”中，這對於單個原子來說就好像是在蒸桑拿。單個鈥原子磁體在35開式度以下的範圍內仍保持了穩定磁場——這表明了它們能夠承受相對較高的溫度擾動，而這可能為商業應中更易實現的溫度中運行的單原子磁體指明瞭研發方向。
納特勒指出:“對磁位微型化的研究主要集中在磁雙穩定性上。我們已經證明，最小的比特仍然可以非常穩定，接下來我們需要學習理解如何更有效地將信息寫入這些比特，以克服磁記錄的三重‘困境’——穩定性、可寫性和信噪比。”
編譯：朱明逸 審稿：alone 編輯：程建蘭
來源：https://phys.org/news/2018-07-closer-single-atom-storage.html
閱讀更多 科技工作者 的文章
