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获吉尼斯认证的世界最小电影在IT思维转换中诞生

2013年07月10日09:03    

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最近,一段别具一格的电影在视频网站上发布,成了热门话题。伴随着音乐,黑白画面上出现了一个银色的小球,一个由很多小球排列成的男孩和这个小球玩耍。小球的质感看上去就像是用锐利的工具从金属板背后敲击而成。

这段1分30秒左右的电影《A boy And His Atom》(一个男孩和他的原子)已经获得了吉尼斯世界纪录认证,成为“世界最小的电影”。因为影片中那些小球竟然是原子,演绎影片的所有角色都是真正的原子。拍摄人员使用特殊显微镜,把原子放大约1亿倍,通过操作约5000个一氧化碳分子,控制原子的排列。整部影片共拍摄了约250帧画面。

这段电影出自IBM的基础研究所“IBM Research”之手。这是一家研发最尖端技术的机构,为什么IT领域的研发机构要制作这样的电影?其背景是使IT实现飞跃的思维转换。

迄今为止,半导体和硬盘性能的发展一直相当顺利,微细化技术支撑着其发展。通过高密度化、高集成化,半导体和硬盘的性能不断提升。然而,物理层面的微细化已经开始显露出极限。耗电量等能源方面也存在难点。为了克服这些问题,IBM把目光投向了原子。

现在的硬盘记录1bit数据大约需要100万个原子,IBM长期致力于减少所需原子数量的研究。此次就开发出了只需12个原子即可记录1bit信息的技术。这段电影就是由这项技术的开发团队制作而成的。

IBM希望通过减少记录1bit数据所需的原子数量,使硬盘的性能实现突飞猛进。虽然说大家都认为微细化最终会走到单一原子的程度,而IBM则转换思维,反过来把原子作为研究的起点。那么,如果这项技术投入实用,将会带来怎样的剧变?

作为“世界最小电影”载入吉尼斯世界纪录的《A boy And His Atom》(一个男孩和他的原子)。

在纳米世界挑战未知领域

这项研发中使用的是IBM苏黎世研究所于1981年开发的扫描隧道显微镜(STM:Scanning Tunneling Microscope)。STM是用尖锐的探针靠近导电物质的表面或其表面上吸附的分子,通过隧道电流的变化观测导电物质表面的原子水平的构造。发明STM的葛·宾尼(Gerd Binnig)和海因里希·罗雷尔(Heinrich Rohrer)凭借这一成就,获得了1986年的诺贝尔物理学奖。

STM问世已有30年。在此期间,IBM研究所一直在开展原子操纵方面的研究,在2008年成功利用STM技术实现了对单个原子的操纵,朝着原子内存(Atomic Memory)的实现迈出了一大步。借助这项成果,通过改变每一个原子的配置,就有可能制作出用极少量的原子即可记录信息的磁性记录构造。

这其中同样存在着思维转换。现在的硬盘使用的是铁磁性材料,电子自旋的方向全都相同。为了防止相互干扰,原子之间需要留出相当大的间隔。但是,如果使用反铁磁性材料,让相邻原子的电子自旋反向相反,那么,即使空间很小,原子之间也难相互干扰。这样一来,就可以缩小配置所需空间,可以使单位空间的存储密度增大100倍。

现在,硬盘记录1bit数据需要的磁区长度约为20nm,轨道宽度约为100nm。而IBM设定的目标仅为其1/500。顺便一提,驱动原子需要的力取决于原子配置在什么样的材料上,采用铂时约为210pN,采用铜时约为17pN。

在如此微细的世界里,10倍的差异带来的结果自然也大不相同。

(责编:值班编辑、庄红韬)

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