IBM存儲器技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)單個原子存儲1比特

隨著IBM公司的研究人員宣布，他們已經(jīng)能夠操作單獨(dú)的鈷原子，從而標(biāo)志著原子級磁存儲器的設(shè)計取得了進(jìn)展。 

通過首次成功地提取在表面上移動磁性原子所需要的力的特征，暗示IBM公司揭開了比特單元僅僅持有幾個原子的未來存儲技術(shù)的序幕。 

即使最稠密的磁性存儲器均要采用1百萬或者更多的原子來存儲一個比特。然而，去年秋季，IBM公司Almaden研究中心證實(shí)了如何測量一個原子存儲一比特的能力，該技術(shù)被稱為磁性各向異性。那個實(shí)驗(yàn)采用一種掃描隧道顯微鏡(STM)來把電流發(fā)送過一個鈷原子?？墒牵捎肧TM經(jīng)由隧道把電流發(fā)送給一個原子，需要把原子放置在僅僅一個原子厚的絕緣單層上。 

原子力顯微鏡末端(頂部)把力作用于一個鈷原子(黃色)上，從而把原子定位于水晶表面格子上的任意位置(底部)。 

IBM的研究人員發(fā)現(xiàn)，這么薄的絕緣層無法在一個鈷原子上存儲比特。取而代之的是，需要采用厚絕緣層來排除隧道對STM的作用。因此，Almaden的科學(xué)家必須設(shè)計不同的方法來把鈷原子搬移至將來要制作原子級存儲器的地方。 

IBM所描述的新方法采用了由IBM科學(xué)家Gerd Binnig及其同事在1986年開發(fā)的原子力顯微鏡(AFM)，那一年，他因開發(fā)STM與IBM的科學(xué)家Heinrich Rohrer一道獲得了諾貝爾獎。 

“我們想要掌握如何利用一種原子力顯微鏡實(shí)現(xiàn)這些操作的原因在于，我們在絕緣層上所需要構(gòu)建的磁性結(jié)構(gòu)太厚，無法采用STM，”IBM的科學(xué)家Andreas Heinrich表示，“我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，我們想要構(gòu)建的磁性納米結(jié)構(gòu)需要更厚的絕緣層，因此，我們開始采用一種AFM，它不需要隧道電流?！?nbsp;

“這應(yīng)該讓我們利用非常少的磁性原子來構(gòu)建磁性存儲結(jié)構(gòu)，比如說，每一個比特大約5個原子，”Heinrich補(bǔ)充說。 

目前硬盤上的磁性域大約有20納米長、100納米寬，面積為2000平方納米。相比之下，IBM公司所描述的未來原子級存儲器的目標(biāo)是小500倍，面積僅僅為4平方納米。如此微小的磁性域需要緊密地提取移動單個鈷原子就位所需要的原子力的特征。 

在光滑的白金表面把一個磁性鈷原子移動就位需要總共210pN的力；而在銅表面上移動一個鈷原子僅僅需要17pN的力。比較而言，它要用大約10倍的力來打破分子中兩個原子之間的化學(xué)鍵。 

“如果一個原子的運(yùn)動是你的器件的功能設(shè)計的組成部分，它就像我們的分子開關(guān)一樣，那么，我們現(xiàn)在就有一個使這樣的器件工作所需要的力的非常好的概念，”Heinrich表示，“我們不再盲目地飛，因?yàn)槲覀円呀?jīng)把我們所需要的力進(jìn)行了量化。” 

為了測量這個力，IBM與德國雷根斯堡大學(xué)的Franz Giessibl攜手，發(fā)明了一種在ATM的尖銳一端采用微小石英音叉以及其常規(guī)尖端的技術(shù)。因?yàn)锳FM施加力來移動鈷原子，音叉的頻率會變化，從而容許科學(xué)家讀出移動原子所需要的力。