2013年07月10日09:03
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最近，一段別具一格的電影在視頻網(wǎng)站上發(fā)布，成了熱門(mén)話(huà)題。伴隨著音樂(lè)，黑白畫(huà)面上出現(xiàn)了一個(gè)銀色的小球，一個(gè)由很多小球排列成的男孩和這個(gè)小球玩耍。小球的質(zhì)感看上去就像是用銳利的工具從金屬板背后敲擊而成。
這段1分30秒左右的電影《A boy And His Atom》（一個(gè)男孩和他的原子）已經(jīng)獲得了吉尼斯世界紀(jì)錄認(rèn)證，成為“世界最小的電影”。因?yàn)橛捌心切┬∏蚓谷皇窃樱堇[影片的所有角色都是真正的原子。拍攝人員使用特殊顯微鏡，把原子放大約1億倍，通過(guò)操作約5000個(gè)一氧化碳分子，控制原子的排列。整部影片共拍攝了約250幀畫(huà)面。
這段電影出自IBM的基礎(chǔ)研究所“IBM Research”之手。這是一家研發(fā)最尖端技術(shù)的機(jī)構(gòu)，為什么IT領(lǐng)域的研發(fā)機(jī)構(gòu)要制作這樣的電影？其背景是使IT實(shí)現(xiàn)飛躍的思維轉(zhuǎn)換。
迄今為止，半導(dǎo)體和硬盤(pán)性能的發(fā)展一直相當(dāng)順利，微細(xì)化技術(shù)支撐著其發(fā)展。通過(guò)高密度化、高集成化，半導(dǎo)體和硬盤(pán)的性能不斷提升。然而，物理層面的微細(xì)化已經(jīng)開(kāi)始顯露出極限。耗電量等能源方面也存在難點(diǎn)。為了克服這些問(wèn)題，IBM把目光投向了原子。
現(xiàn)在的硬盤(pán)記錄1bit數(shù)據(jù)大約需要100萬(wàn)個(gè)原子，IBM長(zhǎng)期致力于減少所需原子數(shù)量的研究。此次就開(kāi)發(fā)出了只需12個(gè)原子即可記錄1bit信息的技術(shù)。這段電影就是由這項(xiàng)技術(shù)的開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)制作而成的。
IBM希望通過(guò)減少記錄1bit數(shù)據(jù)所需的原子數(shù)量，使硬盤(pán)的性能實(shí)現(xiàn)突飛猛進(jìn)。雖然說(shuō)大家都認(rèn)為微細(xì)化最終會(huì)走到單一原子的程度，而IBM則轉(zhuǎn)換思維，反過(guò)來(lái)把原子作為研究的起點(diǎn)。那么，如果這項(xiàng)技術(shù)投入實(shí)用，將會(huì)帶來(lái)怎樣的劇變？
作為“世界最小電影”載入吉尼斯世界紀(jì)錄的《A boy And His Atom》（一個(gè)男孩和他的原子）。
在納米世界挑戰(zhàn)未知領(lǐng)域
這項(xiàng)研發(fā)中使用的是IBM蘇黎世研究所于1981年開(kāi)發(fā)的掃描隧道顯微鏡（STM：Scanning Tunneling Microscope）。STM是用尖銳的探針靠近導(dǎo)電物質(zhì)的表面或其表面上吸附的分子，通過(guò)隧道電流的變化觀測(cè)導(dǎo)電物質(zhì)表面的原子水平的構(gòu)造。發(fā)明STM的葛·賓尼（Gerd Binnig）和海因里希·羅雷爾（Heinrich Rohrer）憑借這一成就，獲得了1986年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
STM問(wèn)世已有30年。在此期間，IBM研究所一直在開(kāi)展原子操縱方面的研究，在2008年成功利用STM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)單個(gè)原子的操縱，朝著原子內(nèi)存（Atomic Memory）的實(shí)現(xiàn)邁出了一大步。借助這項(xiàng)成果，通過(guò)改變每一個(gè)原子的配置，就有可能制作出用極少量的原子即可記錄信息的磁性記錄構(gòu)造。
這其中同樣存在著思維轉(zhuǎn)換�，F(xiàn)在的硬盤(pán)使用的是鐵磁性材料，電子自旋的方向全都相同。為了防止相互干擾，原子之間需要留出相當(dāng)大的間隔。但是，如果使用反鐵磁性材料，讓相鄰原子的電子自旋反向相反，那么，即使空間很小，原子之間也難相互干擾。這樣一來(lái)，就可以縮小配置所需空間，可以使單位空間的存儲(chǔ)密度增大100倍。
現(xiàn)在，硬盤(pán)記錄1bit數(shù)據(jù)需要的磁區(qū)長(zhǎng)度約為20nm，軌道寬度約為100nm。而IBM設(shè)定的目標(biāo)僅為其1/500。順便一提，驅(qū)動(dòng)原子需要的力取決于原子配置在什么樣的材料上，采用鉑時(shí)約為210pN，采用銅時(shí)約為17pN。
在如此微細(xì)的世界里，10倍的差異帶來(lái)的結(jié)果自然也大不相同。
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