作者:Karthik V. Raman 来源:《自然》 发布时间:2013-2-1 10:12:38
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近室温条件下实现单分子存储

 

 来源:MIT
 
据物理学家组织网近日报道,一个由美国麻省理工大学、印度科学教育研究院等单位科学家组成的国际小组,对以往的“分子存储”实验技术进行了改良,使其能在摄氏零度左右运行,并使制造工艺大大简化。相关论文发表在《自然》杂志网站上。
 
上世纪80年代时,硬盘每平方英寸只能存半兆字节,现在已接近百万兆。如果能实现单分子存储,有望使存储密度再提高1000倍。但以往的技术要求物理系统在接近绝对零度下工作,而且存储设备是一种“三明治”式夹层结构,由两层铁磁电极夹一层存储分子构成,制造工艺复杂而耗时。
 
改良后的存储设备制造工艺大大简化。其存储分子由印度研究人员开发,用的是“石墨烯片”,即一层平面碳分子层附着锌原子构成,互相之间天然具有整齐排列在一起的性质。该设备只有一个铁磁电极,相当于半个“三明治”,通过沉积法就能形成非常薄且排列整齐的原子层。
 
电极设备由麻省理工大学雅格戴斯·穆德拉小组开发。最初,他们是在铁磁电极上沉积了一层薄膜材料,然后在上面再加一层铁磁电极,做成磁性存储器的标准结构。按照设想,通过相对改变电极的磁性方向,会使设备的导电性产生跳变,而这两种导电状态就分别代表了二进制中的0和1。但令人吃惊的是,他们检测到导电性发生了两个跳变而不是一个,这表明两个电极各自独立改变了设备的导电性。他们又用一个铁磁电极和一个普通金属电极进行了实验,普通金属电极只是为了读取通过分子的电流,结果发现导电性跳变依然存在。
 
为此他们改变了设计。制造一个存储单元时,其底层电极用沉积法,形成几乎完美的一层,然后铺上存储分子,顶层电极设计成一个微小针尖,就像原子力显微镜尖端的探针那样,在存储分子上占不到1纳米。穆德拉解释说,如果上面再沉积一层铁磁电极,电极分子就倾向于和存储分子混合,会削弱其性能。而且为防止存储单元之间靠得太近而彼此影响,他们用堆叠式存储克服了压缩密度的限制。
 
“在近室温下表现出导电性的转变,这一效果来自分子与磁性表面之间的强相互作用,能让分子有磁性并保持稳定。”穆德拉的博士生、麻省理工大学材料科学与工程系的卡西克·拉曼说。
 
目前,他们造出的实验性存储设备导电性虽然只改变了20%,还不足以用作商业设备,但穆德拉表示,这还只是概念性论证。他们提出的理论解释了人们未曾预料的单电极转换现象,经过进一步研究有望设计出新的有机分子,使导电性变化率更高。(来源:科技日报 常丽君)
 
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