单原子磁体稳定性被认证为新一代磁体储存器铺平道路学术资讯

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▲左图：单个钬原子磁体的STM图像。右图：氧化镁上的钴辅助原子。

在当今世界，除了常见的传统硬盘和磁带等磁性存储设备之外，近年来固态硬盘的兴起似乎是一个巨大进步，然而这并不能满足全球数据存储量迅猛增长的需求——每天增加1500万千兆字节（G）。于是，科学家们把目光转向了更高科技的替代存储设备，而其中一种就是单原子磁体储存器——储存装置是由粘(“吸附”)在其表面的单个原子组成的，每个原子都能存储通过量子力学写入和读取的单个数据位。由于原子体积很小，并且可以密集地聚集在一起，小体积的单原子存储设备拥有巨大的数据容量。

但目前单原子磁体仍处于基础研究阶段，在它被应用到商用设备之前，研究人员还需要克服许多根本性的障碍。瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）在该领域的研究一直处于全球的最前沿，研究人员们克服了剩余磁化的问题，并证明了单原子磁体可以用于读写数据。

据《物理评论快报》（Physical Review Letters）最新刊发的一篇研究论文称，该所的物理学家们利用扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscopy）证明了由一个单个钬原子组成的磁体的稳定性，而钬原子是他们多年来一直在研究的一个元素。

该论文的第一作者、EPFL的研究员费比安·纳特勒（Fabian Natterer）介绍说：“单原子磁体为我们提供了一个有趣的视角，因为量子力学可能为跨越其稳定性障碍提供一条捷径，这是我们将来可以利用的一大特性，这也将是实现原子数据存储记录前的最后一个技术难题。”

为了实验其稳定性，科学家们将钬原子暴露在通常会使单原子磁体失去磁性的极端条件下，如极高温和强磁场中。经验证，在这些可能会影响未来存储设备性能并构成风险的条件下，单原子磁体表现卓越。一方面，在高于8特斯拉的强磁场中，它表现出了“破纪录的矫顽性”——在极端强的外磁场中仍避免被消磁；另一方面，研究人员将一系列单个钬原子磁体暴露于45开式度（零下233.15摄氏度）的“高温”中，这对于单个原子来说就好像是在蒸桑拿。单个钬原子磁体在35开式度以下的范围内仍保持了稳定磁场——这表明了它们能够承受相对较高的温度扰动，而这可能为商业应中更易实现的温度中运行的单原子磁体指明了研发方向。

纳特勒指出:“对磁位微型化的研究主要集中在磁双稳定性上。我们已经证明，最小的比特仍然可以非常稳定，接下来我们需要学习理解如何更有效地将信息写入这些比特，以克服磁记录的三重‘困境’——稳定性、可写性和信噪比。”

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编译：朱明逸审稿：alone 编辑：程建兰

来源：https://phys.org/news/2018-07-closer-single-atom-storage.html