記憶體技術的每一次創(chuàng)新都源于基礎研究。IBM Research的研究團隊最近開發(fā)出一種新技術，能夠控制單個銅原子的磁性，從而為以單個原子核進行儲存和處理資訊的未來鋪路。不過，該技術要能實現(xiàn)商業(yè)化還有很長的路要走。

在最近發(fā)佈于《自然奈米科技》(Nature Nanotechnology)雜志上的一篇論文中，IBM Research科學家Christopher Lutz和Kai Yang描述如何透過逐一的原子執(zhí)行核磁共振(NMR)，從而控制單個原子核的磁性。核磁共振是確定分子結構的重要工具，而Lutz和Yang的研究成就在于首次使用掃描穿隧顯微鏡(STM)實現(xiàn)核磁共振。STM是IBM獲得諾貝爾獎的一項發(fā)明，可用于個別觀察和移動原子。

Lutz在接受《EE Times》電話採訪時解釋：「我們正展開奈米技術的基礎研究，期望克服個別原子級的極限。由于使用了掃描穿隧顯微鏡技術，使我們第一次可以在看到原子并為其重新定位的環(huán)境中實現(xiàn)這一目標?！?/p>

STM技術讓研究人員打造從原子開始的結構，并為其進行測試，使其得以瞭解採用自旋共振技術未來可以或想要打造什么。

掃描穿隧顯微鏡(STM)技術

STM還可以對每個原子進行成像和定位，以研究NMR如何改變并回應當?shù)丨h(huán)境。透過掃描STM金屬針穿過表面的超尖端，STM可以感知單個原子的形狀，并將原子拉進或攜入所需的排列中。

「我們正在探索當一次探測一個原子時會發(fā)生什麼，同時也觀察其磁性?！筁utz說：「我們首先學到感知核的磁狀態(tài)，接著是如何加以控制?！?/p>

在此過程中必須進行兩個步驟。他說：「首先我們需要對準原子核的磁方向，而不僅僅是指向隨機的方向?！寡芯咳藛T透過施加從銳利金屬針尖發(fā)出的無線電波，從而操控原子核的磁性。接著，將無線電波精確地調諧至原子核的固有頻率。Lutz說：「此時，我們就可以透過針尖的電流接取至原子核?！?/p>

單個銅原子核磁性的概念圖。圓錐體代表銅原子的磁北極(左)和電子(右)之不同方向。核子和電子能以磁性連接(紅色彈簧部份)。STM尖端的電流(如右圖所示)控制原子的磁性

研究人員首先著眼于鐵和鈦原子中的核磁性，然后再著手研究銅。銅由于導電性佳，目前已經廣泛應用在生活各方面了。然而，它的磁性并未被完全瞭解。Lutz說，雖然我們從來沒看過1美分硬幣與磁鐵相吸，但當單個銅原子周圍未被其他銅原子包圍時，銅的磁性就會變得十分明顯。「現(xiàn)在我們已經開始研究銅了，因為銅在核與其外部電子之間有很強的互動作用?！?/p>

Lutz說這種原子核有四種不同的量子態(tài)。研究人員目前正在探索其與量子運算相同的成份。然而，他們正以比量子運算所需更短的同調時間存取環(huán)境。正確地說，對于可能賦予記憶體的意義是，諸如磁阻式隨機存取記憶體(MRAM)等磁性記憶體大約需要十萬個原子才能儲存1位元的資料?！改蔷褪谴哦ㄏ蚩梢援a生1個1或0的雙態(tài)元件。我們并為其縮小了十萬倍，因而可以在未來盡可能地拓展目標?！?/p>

Lutz無法推測這一基礎研究何時可能實現(xiàn)商業(yè)應用，畢竟它目前還處于早期階段。他說：「我們接下來的步驟將是建立磁原子陣列。我們已經開始練習組裝原子了，這同時也是未來每一種新原子的新研究方向。」