【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