基尔物理学家将数据存储在单个分子上

扫描隧道显微镜（STM）的图像显示了分子的三种不同状态，分别对应于用于加密信息的三进制代码：处于高磁性状态（左），处于低磁性状态且原子彼此靠近在一起（中），并且处于同样低的磁性状态，但转动了45度（右）。图/版权：曼努埃尔·格鲁伯（Manuel Gruber）

在过去的几年中，存储介质的组成部分变得越来越小。但是，量子力学的基本局限性阻碍了当前技术的进一步小型化。一种新方法是使用所谓的自旋交越分子作为最小的可能的存储单元。与普通硬盘驱动器类似，这些特殊分子可以通过其磁性状态保存信息。为此，必须将它们放置在表面上，这在不损害其保存信息能力的情况下具有挑战性。基尔大学的一个研究小组现在不仅成功地将新型自旋交联分子放置在表面上，而且还利用了以前被认为是阻碍分子间相互作用的相互作用来提高分子的储存能力。因此，理论上，传统硬盘驱动器的存储密度可以增加一百倍以上，并且数据载体可以做得明显更小。科学家已经在科学期刊《纳米快报》上发表了他们的发现。

是打开还是关闭？陈述是对还是错？答案是是还是否？两种可能性之间的区别是计算机可以保存的最小信息。位（由“二进制”和“数字”组成的单词）是最小的电子存储单元，是存储在我们硬盘中的所有信息的基本构建块。它们以两个不同符号（如0和1）的序列表示，即所谓的二进制代码。在过去的几年中，存储介质变得越来越小，而它们存储信息的能力却在增加。硬盘驱动器上的一位现在只需要10乘10纳米的空间。但是，这对于使组件小型化而言仍然太大了。

“由于位的大小，目前用于硬盘数据存储的技术现在已经达到了量子力学的基本极限。从今天的角度来看，它不可能变得更小。”基尔大学实验与应用物理研究所的理查德·伯恩特教授的工作组的博士研究员TorbenJasper-Tönnies说。他和他的同事使用一种可以用来编码Bit的分子来演示一种原理，该原理将来可能甚至可以使甚至更小的硬盘驱动器具有更多的存储空间。“我们的分子只有一平方纳米的大小。即使仅此一项，也可以在比当今所需的大小小一百倍的区域中进行编码。”他的同事Manuel Gruber博士说。这将是朝着改变存储技术中量子物理学极限的又一步。

STM实验中使用的Fe（III）自旋交联分子，其结构模型位于顶部。
曼努埃尔·格鲁伯（Manuel Gruber）

当小东西变成小玩意

Kiel协作研究中心（CRC）677的跨学科研究小组“通过转换功能”使用的分子不仅可以呈现两种不同的磁态，而且附着在特殊表面上时，还可以改变其与表面的连接。然后可以在高磁状态和低磁状态之间切换，并旋转45度。Jasper-Tönnies解释说：“当转移到存储技术时，我们将能够描述三种状态的信息-分别是0、1和2。”“作为存储单元，我们将没有Bit，只有Trit。二进制代码将变成三进制代码。”

化学和物理研究人员面临的挑战是找到合适的分子和合适的表面，以及使用正确的方法将两者连接在一起，使它们仍然可以工作。磁性分子，即所谓的自旋交联分子，非常敏感并且容易损坏。我们需要找到一种方法将分子牢固地附着在表面上，而又不影响其转换能力。 Gruber解释说。

STM的尖端（黄色）承担着硬盘驱动器的读写头的作用，该读写头用于附着在氮化铜表面（黑色）上的分子。
曼努埃尔·格鲁伯（Manuel Gruber）

分子与表面的完美结合

他们的实验终于得到了回报：无机化学研究所的Felix Tuczek教授的工作组的化学家合成了特殊类别的磁性分子（所谓的Fe（III）自旋交叉分子）。物理学家Jasper-Tönnies，Gruber和Sujoy Karan能够通过蒸发将该分子沉积在氮化铜表面上。使用电，可以在不同的自旋状态之间切换，也可以在两个不同的方向之间切换（在所谓的低自旋状态下）。在他们的实验中，扫描隧道显微镜（STM）的细小尖端充当硬盘的读写头。这种设备不仅使分子可以“写”为存储介质，而且可以用电“读取”。

在将这些分子用作工业级的数据存储之前，必须进行进一步的研究。确实，使用相当大的设置（STM）证明了原理证明，并且需要进一步的工作才能将这种分子存储器集成在小芯片上。

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