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磁存储的新境界 可缩小到单原子水平

2017-03-15 11:12    it168网站原创  作者: 谢涛 编辑: 谢涛

  【IT168 编译】数据存储需要跟上我们的需求,如快照、从网上下载的短片和创造新的数字文件。从早期计算机存储技术开始,磁存储就是保存数字数据的方法。这个方法能够持续使用这么长时间,是因为我们有能力不断缩小用于记录信息的磁性颗粒的尺寸。

  但是我们已经很接近这种方法的极限水平,那就是将3到12个原子构成的群集应用到一个功能系统中。不过上周,科学家们表示,他们有能力将磁存储缩小到单个原子。

磁存储的新境界 可缩小到单原子水平

  磁存储的基础

  磁存储需要将铁磁性材料磁化,以用于记录数据。这些材料依靠原子中的电子,电子自身拥有微弱的磁性。电子携带的磁性偶极矩,是由电子自旋方向和电子运动轨道的形状决定的。电子自旋方向只有两个,“上”和“下”。

  虽然这个系统是动态的,但它的两个稳定的状态——“上”和“下”,提供了一个通常被称为磁性双稳态的状态。一个二进单元的存储通常包含一个所有原子保持相同状态的原子簇。这样提供了一个更大的信号,可以确保二进单元即使在任何给定的原子没有保持平稳时也能保存。

  所以,虽然在磁性双稳态的微型化方面取得了很多进展,但关于它可以达到的极限依然存在一些比较明显的问题。

  单原子存储方法

  在这个研究中,科学家们的工作是钬原子(Ho)对氧化镁的支持(MgO)。虽然很多钬原子在表面上形成了原子簇,但研究人员在用作磁存储材料的氧原子上发现了单原子。

  利用扫描隧道显微镜,研究人员通过向Ho原子施加电流脉冲来转换磁矩方向,证明有能力控制单个Ho原子的磁行为。然后他们就能够通过在附近放置另一个磁性材料来读取磁模式,使电子从一个磁隧道到另一个(隧穿磁阻效应)。

  磁存储需要有读写信息的能力,同时也需要将信息保留一段时间。为了衡量存储保留时间,科学家们观察了一个Ho原子通过施加电流脉冲转换磁矩方向后,在单一状态下会持续多长时间。他们发现,那些二进单元保存了几个小时就开始不规则化。

  研究人员使用了一个巧妙的方法,来测试他们所看到的是否确实是由于Ho原子的磁矩导致的。他们用显微镜的尖端将一个铁原子放置在Ho原子的附近。在本实验设置中,铁原子的功能是作为一个局部的磁力计,因为它有一个会受附近磁性材料影响的外部的平面外磁场。当科学家向Ho原子施加电流脉冲时,他们看到铁原子的磁场也产生了相应的变化,表明单个Ho原子实际上具有两种不同的磁性取向。

  最后,研究人员探索了两个Ho原子组成的阵列存储两位数信息的能力,再次利用在附近放置铁原子读取磁性状态。他们也可以使用其他先进的技术远程读取磁性状态。

  这些实验表明,磁存储在原子水平上是可行的,但这项意义重大的研究尚需要进一步开发,了解实际的可行性。毕竟,它只能稳定存在几个小时,需要一个与过去的磁介质完全不同的方法。

  原文作者:Shalini Saxena

标签: 存储
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