科學家實現近室溫條件下單分子存儲

據物理學家組織網近日報道，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，并使工藝大大簡化。相關論文發表在《自然》雜志上。

上世紀80年代時，硬盤每平方英寸只能存半兆字節，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000倍。但以往的技術要求物理系統在接近零度下工作，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，工藝復雜而耗時。

改良后的存儲設備工藝大大簡化。其存儲分子由印度研究人員開發，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。zui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，而這兩種導電狀態就分別代表了二進制中的0和。但令人吃驚的是，他們檢測到導電性發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，結果發現導電性跳變依然存在。

為此他們改變了設計。一個存儲單元時，其底層電極用沉積法，形成幾乎的一層，然后鋪上存儲分子，頂層電極設計成一個微小針尖，就像原子力顯微鏡的探針那樣，在存儲分子上占不到納米。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。