在一粒原子儲存資料

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在資訊爆炸的年代,我們總希望以最小的空間儲存最多的資料。回首一看,從以前的磁碟(Floopy Disk),到 DVD、USB 記憶體、記憶卡、容量愈來愈大的硬碟,儲存工具愈來愈強大,也許已見怪不怪。科學家仍努力不懈尋求突破,日前來自 IBM 、蘇黎世聯邦理工學院與南韓兩所研究學院的團隊,在「自然」期刊發表的研究,則能夠把 1 位元的資料儲存在一顆原子中,利用單原子磁石來製成一顆原子硬碟。

平常的硬碟裡面劃分了不同的磁區,就像一條條的磁石,它們的磁場的上下方面代表著 1 或 0,即資料的位元「bit」。磁區愈細,就愈能緊密地儲存資料,然而磁區必須夠穩定,使當中的「1」與「0」不能隨便變更。

當把一塊磁石切開一半,便會得到兩塊磁石。再把它們各切開一半,便會變成 4 塊磁石。磁石愈切愈小的時候,磁石便會變得不穩定,磁極隨時逆轉。過去的研究只能把 12 個原子組成這種 1 、0 儲存單位。但今次研究團隊卻能找出辦法,製造出只有原子大小的磁石。

他們利用鈥(Holmium)原子,鈥具備「不成對電子」,使其容易產生強力磁場。而電子的軌道靠近原子的中心,在環境中也相對穩定,也令磁場較穩定,但另一方面,這特性亦使之較難產生反應,是為缺點。

掃描式穿隧電子顯微鏡利用量子理論中的穿隧效應探測物質表面結構,於1981年由 IBM 的兩名物理學家 Gerd Binnig與 Heinrich Rohrer 發明,他們因此獲得 1986 年獲諾貝爾物理學獎。 圖片來源:wikimedia
掃描式穿隧電子顯微鏡利用量子理論中的穿隧效應探測物質表面結構,於 1981 年由 IBM 的兩名物理學家 Gerd Binnig與 Heinrich Rohrer 發明,他們因此獲得 1986 年獲諾貝爾物理學獎。 圖片來源:wikimedia

團隊利用掃描式穿隧電子顯微鏡(Scanning Tunneling Microscope)產生出誘導電流,以控制原子的磁場方向,來輸入資料。在測試中,這些磁石證明相當穩定,未見有隨意變更磁場,能保存資料達數小時。此外,他們利用鐵原子作為磁場感應器,可同時讀取兩個鈥原子位元,使得技術更具備實際應用可能。

雖然利用原子作為磁性位元(magnetic bits )能大大增加資料的儲存密度,其一論文作者 Fabian Natterer,他在洛桑聯邦理工學院的同事則著手研究如何進一步能排列出一連串的原子磁石。不過在可行性方面,目前這雙位元理論的「原子硬碟」仍比另一項利用原子排列儲存的技術落後,該技術已能製造出 1 KB (8,192 B)大小的可讀寫儲存裝置。

一粒原子只能儲存 1 位元的資料,看來很小,但 100 克的鈥便由 1023 個原子組成,假若能「團結」,便能製造出超級硬碟。在 IBM 發明第一顆硬碟 305 RAMAC 的時候,有如數台雪櫃之大的硬碟,也只能儲存 5 MB 的資料,到今日一張記憶卡也能輕易儲存數十 GB 的資料,「科技日新月異」是老掉牙的說法,但無容置疑地貼切。在「信任」和「希望」之下,超級原子硬碟或在不久的將來便能成功發明出來。

此外,除了仰賴科技儲存資料,也有人害怕電子儀器失靈,而孜孜不倦利用實體陶瓷板記錄資料,保存知識。在保存現在和過去的功夫上,許多人正努力耕耘。