加拿大展示他們新的自動探針存儲技術(shù)

為了展示他們新的自動探針存儲技術(shù)，加拿大研究人員不僅制作出了世界上最小的楓葉，而且還以每平方英寸138TB的密度（大致相當(dāng)于在一粒米上書寫35萬個字母）將整個字母表編碼存儲于其上。

加拿大阿爾伯塔大學(xué)的研究人員通過使用掃描隧道顯微鏡（STM）從硅片表面去除和替換氫原子，為可重寫數(shù)據(jù)存儲技術(shù)開發(fā)出了一種新方法。如果這種方法的潛力得以實現(xiàn)，它可能會使數(shù)據(jù)存儲技術(shù)發(fā)生飛躍，達(dá)到的存儲數(shù)據(jù)能力將是如今的硬盤1000多倍，容量可達(dá)每平方英寸138TB。

GerdBinnig和HeinrichRohrer在1986年開發(fā)了第一個STM，后來他們因此獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。自從30多年前STM利用一種被稱為隧道效應(yīng)的現(xiàn)象（它導(dǎo)致電子從材料表面的原子跳躍到懸在其上方幾埃處的超尖電極的頂端）首次對原子進行了成像以來，該技術(shù)已經(jīng)成為納米技術(shù)的支柱。

除了過去30年在原子尺度上對世界進行成像外，人們還將STM作為一種有潛力的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)進行了實驗。去年，我們報道了IBM（也是Binnig和Rohrer首次開發(fā)出STM時所在的公司）如何將STM與鐵原子結(jié)合使用，作為電子自旋共振傳感器來讀取鈥原子的磁極。鈥原子的南北兩極分別充當(dāng)數(shù)字邏輯的0和1。

加拿大研究人員采用了一種不同的方法，通過將一種已知的技術(shù)自動化使STM進到了數(shù)據(jù)存儲設(shè)備中。這種技術(shù)使用STM的超尖頂端在原子上方施加電壓脈沖以從從硅片的表面移除氫原子。一旦氫原子被移除，表面就會出現(xiàn)空位。這些空位可以在表面上形成圖案，用以創(chuàng)建存儲設(shè)備。

阿爾伯塔大學(xué)的博士、在《自然通訊》（NatureCommunications）上發(fā)表的這項研究的第一作者RoshanAchal解釋說，“我們已經(jīng)將移除過程自動化了，因此是可以進入設(shè)計并在沒有用戶干預(yù)的情況下創(chuàng)建它的?！?/p>

雖然Achal解釋說這個過程高度精確，但它并不完美，有時會從不正確的位置移除氫原子。這類型的錯誤需要從頭開始嘗試來創(chuàng)建設(shè)計。

他解釋說：“我們已經(jīng)開發(fā)出一種程序，允許我們替換表面上的單個原子以消除這些錯誤，而不是每次發(fā)生錯誤時從零開始?！?/p>

為了替換表面上的一個原子，氫原子必須位于尖端的表面。通過使尖端越來越靠近表面，氫原子可以從尖端跳躍到表面。他補充說：“我們發(fā)現(xiàn)，在轉(zhuǎn)移發(fā)生時會有兩個獨特的signature，可以用來幫助自動化這個程序?！?/p>

雖然這些技術(shù)可能屬于納米級制造的廣泛范疇，但根據(jù)Achal的說法，這種技術(shù)的主要區(qū)別在于在硅表面上制造結(jié)構(gòu)時所達(dá)到的精度和自動化程度。此外，還沒有其他納米加工技術(shù)能夠以一種可控的方式連續(xù)地替換表面上的氫原子。

STM在數(shù)據(jù)存儲方面的最大限制之一可能是需要低溫。然而，就其本質(zhì)而言，使用這種最新的方法——端基為氫的硅系統(tǒng)，能夠制造出在室溫以上保持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。

“這種穩(wěn)定性是以制造結(jié)構(gòu)時的難度增加為代價的，”Achal說?！叭欢?，通過這些新技術(shù)，我們已經(jīng)克服了許多相關(guān)問題，使該系統(tǒng)成為一個非常有趣的新技術(shù)應(yīng)用候選者?！?/p>

這種方法當(dāng)然解決了讓這種設(shè)備工作所需的低溫問題，但它是否可以擴展？Achal認(rèn)為，沒有物理限制阻止這些過程的速度達(dá)到實用水平。

Achal和他的同事們正在研究提高速度的新方案，但目前也有一些方法可以擴展這些過程，而不需要顯著地改變程序。根據(jù)Achal的說法，最容易獲得的解決方案是在STM中將許多尖端并行化。他還指出，有一些用作尖端的材料可以同時容納1000個氫原子。如果這些材料成為尖端的可行選項，那么它們將能實現(xiàn)更快的擦除/重寫速度。

與此同時，IBMMillipede項目的陰影籠罩著大規(guī)模并行化的提議。IBMMillipede本質(zhì)上是使用一個由數(shù)千個微型原子力顯微鏡（AFM）組成的陣列作為存儲設(shè)備。蘇黎世IBM研究中心的研究員PaulSeidler七年前表示，IBM已經(jīng)放棄了將Millipede項目作為替代性的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)，轉(zhuǎn)而發(fā)現(xiàn)了其最有可能的角色——作為光刻技術(shù)的探針。

這種STM方法若要在數(shù)據(jù)存儲方面獲得比Millipede項目更成功的命運的話，在STM內(nèi)實現(xiàn)尖端的并行化方面，Achal和他的同事們還需要邁出一大步。