中国研究团队发布论文介绍基于有机材料的革命性硬盘 支持6位数据存储

传统硬盘主要依赖二进制形式存储数据，例如通过磁化区域来表示 1 和 0，或者使用高电平和低电平表示 1 和 0，这限制了硬盘的最终存储容量。

有机材料构建的分子硬盘使用自组装的有机金属复合分子单层 (Ru X LPH) 克服这个问题，可以实现 96 状态存储性能，允许 6 位数据存储和 XOR 原位加密运算，从而显著提高数据密度并保持超低的功耗，测试的功耗仅为每比特 2.94 皮瓦 (1pW=10 -12W)

这种分子硬盘运行中的关键部件时导电原子力显微镜探针 (C-AFM)，这个探针充当机械编程和读取头，探针将局部电压施加到自组装层上，触发 Ru X LPH 分子中的氧化还原反应。

探针的纳米级分辨率可以精确控制分子电导状态，从而允许在极小的空间内进行多位存储，这种分子硬盘在安全性上也更好，因为不需要进行单独加密，分子硬盘在分子层面上采用原位 XOR 加密，无需额外硬件就能实现安全的数据编码和检索功能。

下图：莫高窟壁画图像在基于 Ru X LPH SAM的分子硬盘中进行原位加密

研究团队表示未来的工作主要是集中于提高小型化、增加电导状态和解决环境敏感性问题。如果这种分子硬盘最终能够实现的话，应该有助于缓解当今世界高速增长的数据存储需求。

另外存储行业网站阅读论文后提出了新观点，那就是 C-AFM 的寿命问题，目前原子力显微镜探针的工作寿命在间歇敲击模式下为 50~200 小时，在连续敲击下为 5~50 小时，所以要实现这种分子硬盘还需要研究制造寿命更长久的显微镜探针。

论文摘要：

有机存储器具有尺寸小、速度快和保存时间长等特点，被认为时海量数据存档的有希望的候选者。为了满足抄底功耗和高安全性信息存储的要求，我们设计了一种概念性的分子硬盘逻辑方案，该方案能够在 pW/bit 功耗范围内执行海量数据的原位加密。

受益于平衡氧化还原反应和局部离子飘逸的耦合机制，由 SAM 单层配置中的约 200 个自组装 Ru X LPH 分子组成的基本 HDD 单元经历独特的电导机制，具有连续、对称和低功耗的切换特性。

在 Ru X LPH SAM 样品中实现了 96 状态存储性能，允许 6 位数据存储和单单元进一步 XOR 加密运算，通过对像素信息进行单单元 XOR 操作，展示了存储在分子 HDD 中的莫高窟壁画图像的原位逐位加密。

论文地址：https://www.nature.com/articles/s41467-025-57410-8

研究团队成员来自上海交通大学、金华职业技术学院、中国科学院、山西师范大学、吉林大学、华东理工大学、中山大学。