科學(xué)家實(shí)現(xiàn)近室溫條件下單分子存儲

據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道，一個由美國麻省理工大學(xué)、印度科學(xué)教育研究院等單位科學(xué)家組成的小組，對以往的“分子存儲”實(shí)驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行了改良，使其能在攝氏零度左右運(yùn)行，并使工藝大大簡化。相關(guān)論文發(fā)表在《自然》雜志上。

上世紀(jì)80年代時，硬盤每平方英寸只能存半兆字節(jié)，現(xiàn)在已接近百萬兆。如果能實(shí)現(xiàn)單分子存儲，有望使存儲密度再提高000倍。但以往的技術(shù)要求物理系統(tǒng)在接近零度下工作，而且存儲設(shè)備是一種“三明治”式夾層結(jié)構(gòu)，由兩層鐵磁電極夾一層存儲分子構(gòu)成，工藝復(fù)雜而耗時。

改良后的存儲設(shè)備工藝大大簡化。其存儲分子由印度研究人員開發(fā)，用的是“石墨烯片”，即一層平面碳分子層附著鋅原子構(gòu)成，互相之間天然具有整齊排列在一起的性質(zhì)。該設(shè)備只有一個鐵磁電極，相當(dāng)于半個“三明治”，通過沉積法就能形成非常薄且排列整齊的原子層。

電極設(shè)備由麻省理工大學(xué)雅格戴斯·穆德拉小組開發(fā)。zui初，他們是在鐵磁電極上沉積了一層薄膜材料，然后在上面再加一層鐵磁電極，做成磁性存儲器的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。按照設(shè)想，通過相對改變電極的磁性方向，會使設(shè)備的導(dǎo)電性產(chǎn)生跳變，而這兩種導(dǎo)電狀態(tài)就分別代表了二進(jìn)制中的0和。但令人吃驚的是，他們檢測到導(dǎo)電性發(fā)生了兩個跳變而不是一個，這表明兩個電極各自獨(dú)立改變了設(shè)備的導(dǎo)電性。他們又用一個鐵磁電極和一個普通金屬電極進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，普通金屬電極只是為了讀取通過分子的電流，結(jié)果發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電性跳變依然存在。

為此他們改變了設(shè)計。一個存儲單元時，其底層電極用沉積法，形成幾乎的一層，然后鋪上存儲分子，頂層電極設(shè)計成一個微小針尖，就像原子力顯微鏡的探針那樣，在存儲分子上占不到納米。穆德拉解釋說，如果上面再沉積一層鐵磁電極，電極分子就傾向于和存儲分子混合，會削弱其性能。而且為防止存儲單元之間靠得太近而彼此影響，他們用堆疊式存儲克服了壓縮密度的限制。

“在近室溫下表現(xiàn)出導(dǎo)電性的轉(zhuǎn)變，這一效果來自分子與磁性表面之間的強(qiáng)相互作用，能讓分子有磁性并保持穩(wěn)定。”穆德拉的博士生、麻省理工大學(xué)材料科學(xué)與工程系的卡西克·拉曼說。

目前，他們造出的實(shí)驗(yàn)性存儲設(shè)備導(dǎo)電性雖然只改變了20%，還不足以用作商業(yè)設(shè)備，但穆德拉表示，這還只是概念性論證。他們提出的理論解釋了人們未曾預(yù)料的單電極轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，經(jīng)過進(jìn)一步研究有望設(shè)計出新的有機(jī)分子，使導(dǎo)電性變化率更高。