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IBM成功在一颗原子中存储数据:信用卡大小存储iTunes所有3500万首歌曲
时间:2021-08-19 04:54 点击次数:
本文摘要:由许多专家组成的国际化科学研究小组最近顺利建设了世界上最大的磁铁——独立国家的原子,表明将来有可能利用该磁铁保存数据。在这项研究成果发表之前,业界认为分子是更大的数据存储单元。为了更形象地说明这项研究成果的意义,我们认为,如果在一个原子中存储一位,就有必要将iTunes音乐库中几乎所有的3500万首曲子存储在近一张信用卡大小的设备中。现在,这个项目由IBM研究院艾玛登研究中心(IBM Research -Almaden )和瑞士洛桑联邦理工大学(EPFL )的团队共同领导。

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由许多专家组成的国际化科学研究小组最近顺利建设了世界上最大的磁铁——独立国家的原子,表明将来有可能利用该磁铁保存数据。在这项研究成果发表之前,业界认为分子是更大的数据存储单元。为了更形象地说明这项研究成果的意义,我们认为,如果在一个原子中存储一位,就有必要将iTunes音乐库中几乎所有的3500万首曲子存储在近一张信用卡大小的设备中。现在,这个项目由IBM研究院艾玛登研究中心(IBM Research -Almaden )和瑞士洛桑联邦理工大学(EPFL )的团队共同领导。

2015年,IBM研究院首次开发了单原子“探测器”——电子自旋共振(ESR )探测器。今年3月6日,IBM宣布,将ESR应用于扫描隧道电子显微镜(STM ),寻找了确认单一原子排序状态的新方法。今天说明的科研项目是这个新发现的可选择成果之一。如果用超钝的探针扫描物体表面,探针上的铁原子发生反应STM就可以测量两者之间的隧道电流,因此需要更直观地测量各个原子的磁场,灵敏度精度比其他方式高。

现在科学家正在通过最近开发的铁原子传感器顺利地检测钬原子的磁场。这主要是因为作为地球的更元素之一,钬原子没有极高的磁性。与迄今为止开发的铁原子传感器不同,新方法不影响目标原子,1台STM可以同时用于钬原子的磁极展开载荷和操作者。

通过铁原子探针需要加载钬原子的磁极(北极或南极),钬原子需要在数字逻辑中存储多个0和1。本质上,科学家几乎需要把铁原子看作ESR传感器,对应STM的操作者已经开发出了需要在单一原子中存储数据的读取方式。

根据在《大自然》 (Nature )上发表的最近的研究,科学家发现铁原子可以配置在钬原子的纳米范围内,如果用电流展开并替换钬原子的南北磁极,铁原子会受到某种影响,铁原子会受到钬原子的铁原子和钬原子需要这样密切共存,因此工程师需要充分携带建立磁存储器,是现在固体硬盘和机械硬盘存储器芯片密度的1000倍以上。下面的视频得到了一些关于STM发展史和工作原理的信息。最近的研究成果必须成为单一原子读取数据存储系统最重要的辅助工具。

通过重新排列这些独立国家原子,可以建立非常合理的三层汉堡型读取存储系统。上部是这些具有磁性的原子,中间以氧化镁基板为绝缘层,底部是金属电极。另一方面,钬原子的特性之一是即使在磁场范围等简单的环境中也能长时间维持极性,因此通过吸附在氧化镁表面上,成为数据存储的理想介质。STM的探针向钬原子导入电流时,原子的南北极不会再次旋转,会构筑0和1的相互切换。

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这个步骤在某种程度上与传统机械硬盘的“加载”操作者相对应。“加载”操作者主要利用铁原子检测的“冲压”现象,检测现在的钬原子的磁极状态。其中原子在磁场中处于交替的电子自旋中时,它们不会以某种特定的频率绕磁场旋转。

这个频率分别是不同的磁场强度和原子的磁矩,即这个原子的磁力强度。科学家为显微镜配置了磁场,向STM的隧道结部输送了高频电压。

如果电压频率以相同的旋转实时,旋转会受到热平衡(同磁场偏移)的影响。由于扫描频率完全相同,STM探针上的铁传感器需要在适当的方向上不检测变化,而在共振频率下检测隧道电流的显着变化。

这个共振频率在不受附近磁性原子的影响下再次移动。本周早些时候拒绝接受IEEE Spectrum采访时,爱曼登研究中心的科学家Chris Lutz说:“这个科研项目的原理和磁共振光学完全一样,只是检测电子进入,而不是核进入,移动探针。“Lutz的谨慎应对最近不希望这项技术取代普通的机械硬盘存储器。

为了构建存储市场的需求,这些电子为了维持活动活性,需要维持4开尔文(零下269.15度)的韩静下,对于放在口袋里的移动设备来说似乎是不可能的。此外,需要非常复杂的科学和工程措施来确保整个存储系统的运行。

Lutz和他的团队非常具体,这项研究成果将来不能享受非常普遍的前景。其实从几年前开始,当时的STM设备就不能利用仔细观察磁性原子的电子结构,因此科学研究小组无法感叹这样的磁性原子。

但是,现在这种具有独立国家铁原子的新ESR传感器的发明者使未来充满了无限的可能性。关于需要引起新的计算机存储系统浪潮的问题,我们现在得出结论说还为时过早。但是,在朝着这个方向发展的过程中,计算机存储不会带来进一步的突破性成果。

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