100多年來，約1/3的諾貝爾物理學(xué)和化學(xué)獎(jiǎng)獎(jiǎng)給了那些在發(fā)展科學(xué)儀器或測(cè)量方法方面有杰出貢獻(xiàn)的科學(xué)家?！艾F(xiàn)代科技的重大突破越來越依靠科研儀器的進(jìn)步，特別是基于新原理的科研儀器的創(chuàng)新性發(fā)展?！? 國家自然科學(xué)基金委員會(huì)原主任陳宜瑜院士曾談到。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)儀器設(shè)備已經(jīng)成為科研工作者不可缺少的重要工具，對(duì)科學(xué)發(fā)展的貢獻(xiàn)也越來越大。

　　近日，荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)借助掃描隧道電子顯微鏡(STM)，創(chuàng)造出了一種可重復(fù)使用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備，這種設(shè)備具有使用單一原子儲(chǔ)存信息的能力。

　　科學(xué)雜志Nature Nanotechnology 報(bào)道了該研究團(tuán)隊(duì)的成果，據(jù)稱，這項(xiàng)技術(shù)能夠在1平方英寸中存儲(chǔ) 500TB 的數(shù)據(jù)。理論上，代爾夫特理工大學(xué)創(chuàng)造的設(shè)備能夠在一個(gè)0.1mm寬的立方體中儲(chǔ)存整個(gè)美國國會(huì)圖書館的數(shù)據(jù)。不過他們實(shí)際展示的設(shè)備在如此小的體積中只有儲(chǔ)存 1KB 數(shù)據(jù)的能力。

　　雖然物理學(xué)家具備控制單一原子的能力已有25年，不過要實(shí)現(xiàn)原子級(jí)儲(chǔ)存仍存在阻礙。其一是原子在常溫下不穩(wěn)定，其二是適宜的儲(chǔ)存材料不好找，還有就是發(fā)現(xiàn)并控制原子的方法很困難。

　　為了控制原子，研究團(tuán)隊(duì)用上了掃描隧道電子顯微鏡(STM)，這種工具能夠提供原子表面的圖像，并可以讓研究人員對(duì)原子表面進(jìn)行操作。1990 年，物理學(xué)家 Don Eigler 利用 STM 將 35 個(gè)氙原子排列成了“IBM"字樣。但代爾夫特團(tuán)隊(duì)用了某種相反的方式來達(dá)到他們的目標(biāo)。他們并未用各種各樣的方式來排列原子，而是做出了基于原子空缺的儲(chǔ)存網(wǎng)格。

　　基本上，研究人員將一層有著12x12空缺格的氯原子放在了銅底版上，每格都有黑點(diǎn)。在 STM 下，研究人員很容易控制四個(gè)相鄰原子中的一個(gè)，控制過程可以重復(fù)進(jìn)行。

　　這種方法有著幾個(gè)核心優(yōu)勢(shì)。首先，空缺位置相對(duì)穩(wěn)定，存儲(chǔ)設(shè)備所放置的環(huán)境溫度可以稍微高一些。該團(tuán)隊(duì)介紹，他們不需要 -210℃ 的液氦，-196℃ 的的液氮就能滿足設(shè)備的工作要求。其次，讓該設(shè)備的可靠度更高。因?yàn)檫@樣設(shè)備不拾取單一原子，而是讓原子繞空缺運(yùn)動(dòng)。最后，研究人員可以將空缺排布成原子自動(dòng)運(yùn)行的形式，解決難以控制原子的問題。

　　然而，這項(xiàng)儲(chǔ)存技術(shù)仍面臨很多實(shí)際的問題。比如數(shù)據(jù)中心的溫度比-196℃高不少，大規(guī)模地使用液氮降溫并不現(xiàn)實(shí)。另外傳輸速度也是一個(gè)問題，讀取一個(gè)儲(chǔ)存網(wǎng)格的數(shù)據(jù)需要10分鐘很難滿足實(shí)際需要。不過研究人員表示，讀取速度慢主要是受到了 STM 的限制，如果能用到 STM 最大的電子帶寬，讀取速度在理論上能夠提升到1MB/s。