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站上發布，成了熱門話題。伴隨著音樂，黑白畫面上出現了一個銀色的小球，一個由很多小球排列成的男孩和這個小球玩耍。小球的質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》（一個男孩和他的原子）已經獲得了吉尼斯世界紀錄認証，成為“世界最小的電影”。因為影片中那些小球竟然是原子，演繹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，通過操作約5000個一氧化碳分子，控制原子的排列。整部影片共拍攝了約250幀畫面。
這段電影出自IBM的基礎研究所“IBM Research”之手。這是一家研發最尖端技術的機構，為什麼IT領域的研發機構要制作這樣的電影？其背景是使IT實現飛躍的思維轉換。
迄今為止，半導體和硬盤性能的發展一直相當順利，微細化技術支撐著其發展。通過高密度化、高集成化，半導體和硬盤的性能不斷提升。然而，物理層面的微細化已經開始顯露出極限。耗電量等能源方面也存在難點。為了克服這些問題，IBM把目光投向了原子。
現在的硬盤記錄1bit數據大約需要100萬個原子，IBM長期致力於減少所需原子數量的研究。此次就開發出了隻需12個原子即可記錄1bit信息的技術。這段電影就是由這項技術的開發團隊制作而成的。
IBM希望通過減少記錄1bit數據所需的原子數量，使硬盤的性能實現突飛猛進。雖然說大家都認為微細化最終會走到單一原子的程度，而IBM則轉換思維，反過來把原子作為研究的起點。那麼，如果這項技術投入實用，將會帶來怎樣的劇變？
作為“世界最小電影”載入吉尼斯世界紀錄的《A boy And His Atom》（一個男孩和他的原子）。
在納米世界挑戰未知領域
這項研發中使用的是IBM蘇黎世研究所於1981年開發的掃描隧道顯微鏡（STM：Scanning Tunneling Microscope）。STM是用尖銳的探針靠近導電物質的表面或其表面上吸附的分子，通過隧道電流的變化觀測導電物質表面的原子水平的構造。發明STM的葛·賓尼（Gerd Binnig）和海因裡希·羅雷爾（Heinrich Rohrer）憑借這一成就，獲得了1986年的諾貝爾物理學獎。
STM問世已有30年。在此期間，IBM研究所一直在開展原子操縱方面的研究，在2008年成功利用STM技術實現了對單個原子的操縱，朝著原子內存（Atomic Memory）的實現邁出了一大步。借助這項成果，通過改變每一個原子的配置，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造。
這其中同樣存在著思維轉換。現在的硬盤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，那麼，即使空間很小，原子之間也難相互干擾。這樣一來，就可以縮小配置所需空間，可以使單位空間的存儲密度增大100倍。
現在，硬盤記錄1bit數據需要的磁區長度約為20nm，軌道寬度約為100nm。而IBM設定的目標僅為其1/500。順便一提，驅動原子需要的力取決於原子配置在什麼樣的材料上，採用鉑時約為210pN，採用銅時約為17pN。
在如此微細的世界裡，10倍的差異帶來的結果自然也大不相同。
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