資料儲存技術日新月異，同樣大小硬碟能儲存的資料越來越多，只是時間上的問題而已，人們似乎早就習以為常。但日前 IBM 發表一項最新進展，成果可謂相當驚人。研究人員藉由將原子轉化為世界上最小的「磁鐵」，能夠將 1 位元的資料保存在一顆原子中。
圖片來源：IBM Research
比較之下，目前的硬碟相當於需要 10 萬顆原子才能儲存 1 位元的資料，這項進展開啟了超高密度儲存的大門，讓將來的硬碟可以大幅縮小，儲存巨量資料。打個比方，就像是把 iTunes 上 3,500 萬首歌全部存到信用卡一般大小的硬碟當中。
為了弄清楚儲存技術來到原子等級的極限會發生什麼情況，位於加州聖荷西的 IBM 研究團隊使用了另一項過去 IBM 自己發明的重要科技，也就是掃描式穿隧電子顯微鏡（scanning tunneling microscope，STM），來觀察那些儲存了資料的原子動作，並且加以定位。他們將鈥（holmium）原子置於氧化鎂（magnesium oxide）的表面，讓原子的磁極穩定，磁極的方向決定了原子構成 1 還是 0。若要將資料寫入這個「儲存系統」，必須藉由 STM 的探針誘導電流，翻轉原子的磁極方向。而想讀取訊息，則只需測量經過每個原子的磁流（magnetic current）即可，它的變化是根據哪個磁極朝上來決定。
過去的研究，最多將 3~12 個原子組成可單獨定址的雙穩態磁性位元（bistable magnetic bits），現在 IBM 不僅可以減少到只剩一個原子，還能讓儲存在原子上的訊息維持數小時穩定。而且，只要兩個帶磁性的原子，彼此之間僅有一奈米的距離，就可以獨立寫入或讀取。
要達到這項目標，必須在奈米等級的結構中掌握每個原子，這對目前的儲存技術來說還是過於高深，除了得靠 STM 進行測試，還必須在有液氦冷卻以及極端真空的實驗室環境下才能達成。
不過，從 IBM 在 1956 年發明第一顆硬碟 305 RAMAC 以來，當時這部相當於兩台冰箱那麼大、重量超過 1 噸的硬碟，儲存容量只有 5MB；1980 年 IBM 發表了首次以 GB 為單位的硬碟，體積終於縮到只有一台冰箱的大小；再到 1998 年首次推出 MD（Microdrive），科技進展的腳步不曾停歇。即便 IBM 早已在 2003 年將硬碟部門與日立合併，但如今靠著研究中心的團隊，證明了控制單一原子的磁性就能當作記憶體，向「奈米硬碟」的問世跨出了第一步。
- IBM turns an atom into a nano-scale hard drive
- IBM built an atomic hard drive
- Reading and writing single-atom magnets
（本文經科技新報授權轉載「IBM 研發原子級儲存技術，打造「奈米硬碟」」）
