先进仪器再为科学突破献“助攻” 利用STM实现原子级数据储存

　　100多年来，约1/3的诺贝尔物理学和化学奖奖给了那些在发展科学仪器或测量方法方面有杰出贡献的科学家。“现代科技的重大突破越来越依靠科研仪器的进步，特别是基于新原理的科研仪器的创新性发展。” 国家自然科学基金委员会原主任陈宜瑜院士曾谈到。随着科学技术的发展，科学仪器设备已经成为科研工作者不可缺少的重要工具，对科学发展的贡献也越来越大。

　　近日，荷兰代尔夫特理工大学的研究团队借助扫描隧道电子显微镜(STM)，创造出了一种可重复使用的数据存储设备，这种设备具有使用单一原子储存信息的能力。

　　科学杂志Nature Nanotechnology 报道了该研究团队的成果，据称，这项技术能够在1平方英寸中存储 500TB 的数据。理论上，代尔夫特理工大学创造的设备能够在一个0.1mm宽的立方体中储存整个美国国会图书馆的数据。不过他们实际展示的设备在如此小的体积中只有储存 1KB 数据的能力。

　　虽然物理学家具备控制单一原子的能力已有25年，不过要实现原子级储存仍存在阻碍。其一是原子在常温下不稳定，其二是适宜的储存材料不好找，还有就是发现并控制原子的方法很困难。

　　为了控制原子，研究团队用上了扫描隧道电子显微镜(STM)，这种工具能够提供原子表面的图像，并可以让研究人员对原子表面进行操作。1990 年，物理学家 Don Eigler 利用 STM 将 35 个氙原子排列成了“IBM"字样。但代尔夫特团队用了某种相反的方式来达到他们的目标。他们并未用各种各样的方式来排列原子，而是做出了基于原子空缺的储存网格。

　　基本上，研究人员将一层有着12x12空缺格的氯原子放在了铜底版上，每格都有黑点。在 STM 下，研究人员很容易控制四个相邻原子中的一个，控制过程可以重复进行。

　　这种方法有着几个核心优势。首先，空缺位置相对稳定，存储设备所放置的环境温度可以稍微高一些。该团队介绍，他们不需要 -210℃ 的液氦，-196℃ 的的液氮就能满足设备的工作要求。其次，让该设备的可靠度更高。因为这样设备不拾取单一原子，而是让原子绕空缺运动。最后，研究人员可以将空缺排布成原子自动运行的形式，解决难以控制原子的问题。

　　然而，这项储存技术仍面临很多实际的问题。比如数据中心的温度比-196℃高不少，大规模地使用液氮降温并不现实。另外传输速度也是一个问题，读取一个储存网格的数据需要10分钟很难满足实际需要。不过研究人员表示，读取速度慢主要是受到了 STM 的限制，如果能用到 STM 最大的电子带宽，读取速度在理论上能够提升到1MB/s。