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近室溫條件下實現單分子存儲

日期:2013-02-04 10:09:02

據報道,一個由美國麻省理工大學、印度科學教育研究院等單位科學家組成的國際小組,對以往的“分子存儲”實驗技術進行了改良,使其能在攝氏零度左右運行,并使制造工藝大大簡化。相關論文發(fā)表在《自然》雜志網站上。

 

上世紀80年代時,硬盤每平方英寸只能存半兆字節(jié),現在已接近百萬兆。如果能實現單分子存儲,有望使存儲密度再提高1000倍。但以往的技術要求物理系統(tǒng)在接近絕對零度下工作,而且存儲設備是一種“三明治”式夾層結構,由兩層鐵磁電極夾一層存儲分子構成,制造工藝復雜而耗時。

 

改良后的存儲設備制造工藝大大簡化。其存儲分子由印度研究人員開發(fā),用的是“石墨烯片”,即一層平面碳分子層附著鋅原子構成,互相之間天然具有整齊排列在一起的性質。該設備只有一個鐵磁電極,相當于半個“三明治”,通過沉積法就能形成非常薄且排列整齊的原子層。

 

電極設備由麻省理工大學雅格戴斯·穆德拉小組開發(fā)。最初,他們是在鐵磁電極上沉積了一層薄膜材料,然后在上面再加一層鐵磁電極,做成磁性存儲器的標準結構。按照設想,通過相對改變電極的磁性方向,會使設備的導電性產生跳變,而這兩種導電狀態(tài)就分別代表了二進制中的01。但令人吃驚的是,他們檢測到導電性發(fā)生了兩個跳變而不是一個,這表明兩個電極各自獨立改變了設備的導電性。他們又用一個鐵磁電極和一個普通金屬電極進行了實驗,普通金屬電極只是為了讀取通過分子的電流,結果發(fā)現導電性跳變依然存在。

 

為此他們改變了設計。制造一個存儲單元時,其底層電極用沉積法,形成幾乎完美的一層,然后鋪上存儲分子,頂層電極設計成一個微小針尖,就像原子力顯微鏡尖端的探針那樣,在存儲分子上占不到1納米。穆德拉解釋說,如果上面再沉積一層鐵磁電極,電極分子就傾向于和存儲分子混合,會削弱其性能。而且為防止存儲單元之間靠得太近而彼此影響,他們用堆疊式存儲克服了壓縮密度的限制。

 

“在近室溫下表現出導電性的轉變,這一效果來自分子與磁性表面之間的強相互作用,能讓分子有磁性并保持穩(wěn)定。”穆德拉的博士生、麻省理工大學材料科學與工程系的卡西克·拉曼說。

 

目前,他們造出的實驗性存儲設備導電性雖然只改變了20%,還不足以用作商業(yè)設備,但穆德拉表示,這還只是概念性論證。他們提出的理論解釋了人們未曾預料的單電極轉換現象,經過進一步研究有望設計出新的有機分子,使導電性變化率更高。

 


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