曼彻斯特大学和澳大利亚国立大学(ANU) 的研究人员开发出一种新型分子，能够在极低温度下存储数据，这与夜间月球黑暗面的寒冷条件相当。他们的研究成果发表在《自然》杂志上，指出未来数据存储设备的体积可能不比邮票大，但却能比当今的领先技术容纳多达 100 倍的信息。

澳大利亚国立大学和曼彻斯特大学的化学家们研发出一种新分子，有望为下一代硬件铺平道路，这种硬件尺寸与邮票相当，能够存储比现有技术多100倍的数字数据。图片来源：Jamie Kidston/澳大利亚国立大学

澳大利亚国立大学化学研究院的共同主要作者尼古拉斯·奇尔顿教授说：“研究团队开发的新型单分子磁体可以在高达 100 开尔文的温度下保留其磁记忆，这大约相当于零下 173 摄氏度，相当于月球上的夜晚。”

“这比之前80开尔文（约零下193摄氏度）的记录有了显著的进步。如果得到完善，这些分子可以在微小的空间里存储大量信息。”

“平克·弗洛伊德的《月之暗面》于 1973 年发行。从那时起，技术已经取得了长足的进步，如今我们可以通过 Spotify 甚至 TikTok 等新的数字媒体来听音乐。

这种新分子或将催生新技术，每平方厘米可存储约3TB的数据。这相当于将约4万张《月之暗面》专辑的CD压缩到一张邮票大小的硬盘里，或者约50万个TikTok视频。

随着互联网使用率的不断增长，越来越多的人使用流媒体内容、使用社交媒体和将数据上传到云端，对能够处理大量数字信息的先进信息技术系统的需求正在迅速增长。

澳大利亚国立大学教授尼古拉斯·奇尔顿（Nicholas Chilton）（如图）表示，这种新型单分子磁体能够在如此高的温度下保存数据的关键在于其独特的结构：稀土元素镝位于两个氮原子之间。图片来源：Jamie Kidston/澳大利亚国立大学

磁性材料传统上一直是数据存储的核心，当前的硬盘依靠由许多原子组成的小区域的磁化来共同保存信息。

相比之下，单分子磁体可以在单个分子内存储数据，从而无需相邻原子，为显著提高存储密度打开了大门。但挑战始终在于它们的运作需要极低的温度。

“虽然距离在标准冰箱或室温下工作还有很长的路要走，但在 100 开尔文（约零下 173 摄氏度）下存储数据，在Google等大型数据中心是可行的，”该研究的共同主要作者、曼彻斯特大学的戴维·米尔斯教授说。“尽管新磁体仍然需要远低于室温的冷却，但现在它的温度已远高于液氮（一种现成的冷却剂）的温度，即 77 开尔文，约合零下 196 摄氏度。因此，虽然我们暂时不会在手机中看到这种类型的数据存储，但它确实使得在大型数据中心存储信息变得更加可行。”

澳大利亚国立大学教授尼古拉斯·奇尔顿（Nicholas Chilton）（如图）表示，科学家们正在开发能够存储和处理海量数据的新型技术，以满足全球的需求。图片来源：Jamie Kidston/ANU

这种新型磁体成功的关键在于其独特的结构：稀土元素镝位于两个氮原子之间。这三个原子几乎排列成一条直线——这种结构原本有望提升磁性能，但如今却首次实现。

通常，当镝仅与两个氮原子结合时，它往往会形成形状更弯曲或更不规则的分子。在这种新分子中，研究人员添加了一个名为“烯烃”的化学基团，它就像一个分子钉，与镝结合，将结构固定到位。

奇尔顿教授说：“在澳大利亚国立大学，我们开发了一种新的理论方法来模拟分子的磁性行为，仅使用量子力学的基本方程，这使我们能够解释为什么这种特殊的分子磁体与以前的设计相比表现如此出色。”

“我们利用澳大利亚国立大学国家计算基础设施和西澳大利亚 Pawsey 超级计算研究中心的大量计算资源（包括大量 GPU 加速计算节点）来模拟这种分子材料中电子自旋的时间依赖性，从而实现了这一目标。

这使我们能够解释，为什么这种以原子线性排列为核心的新分子能够在如此高的温度下表现出磁记忆。该分子现在将作为蓝图，指导我们设计更先进的分子磁体，使其能够在更高的温度下保留数据。

《月之暗面》上映至今已逾五十年，科技发展突飞猛进。展望未来半个世纪科技将如何发展，令人兴奋不已。

编译自/scitechdaily