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智能分子提升100倍储存能力,或成未来计算机关键
2020-06-05

【据物理学组织网站202062日报道】近日,研究人员发现了一种单分子“开关”,它具有和晶体管相似的特性,并且具有提供存储二进制信息(如经典计算中使用的10)的潜力。该分子的大小约为5平方纳米。这意味着,仅在一根人的头发的横截面上就可以安装超过10亿个分子。研究人员认为,该分子及其他类似分子可以提供250兆比特每平方英寸的信息密度,这大约是目前硬盘存储密度的100倍。虽然研究人员并不期望他们发现的特殊分子会被用于真正的硬盘,但该研究是一个重要的概念证明,它使我们更接近真正的分子电子学的崭新世界。

在该研究中,研究人员使用了一种有机盐分子,通过输入较小的电脉冲,可使其在亮色和暗色之间切换,从而提供二进制信息。最重要的是,这些信息可以在室温和正常气压下写入、读取和擦除。这些都是分子电子学在计算存储设备中实际应用的重要特征。在此之前,类似应用的分子电子学研究大多是在真空和极低的温度下进行的。研究人员表示:“只有同时具备所有期望特性的分子才有可能用于分子存储器。除了能在室温条件下进行双向切换,它还必须能保持明暗状态的长期稳定,同时必须能自发地形成只有一个分子厚的高度有序层,即自组装。我们所采用的分子就是满足所有以上特性的例子。”

在实验中,研究人员在扫描隧道显微镜中使用微弱的电脉冲,将单个分子进行从明到暗的切换。他们还能在切换明暗后,读取和擦除这些信息。在切换过程中,电脉冲改变了有机盐中的阳离子和阴离子的堆叠方式,不同的堆叠方式会使分子呈现出亮色或暗色的亮度变化。除了人为切换之外,分子的自发排序也很关键:通过自组装,分子可以自发地形成一个高度有序的结构(二维晶体),而不像目前电子学应用那样需要昂贵的制造工具。研究人员表示:“通过化学,我们能够从巨大数量的分子中制造出具有复杂功能和原子级精度的分子,因此,分子电子学将具有非常广阔的前景。”(国家工业信息安全发展研究中心 刘彧宽)

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