科技日報記者 張夢然

英國曼徹斯特大學(xué)與澳大利亞國立大學(xué)的化學(xué)家合作設(shè)計出一種分子磁體，催生出可在極小空間內(nèi)存儲海量數(shù)據(jù)的新技術(shù)，僅郵票大小硬盤就能存儲比當(dāng)前多百倍的數(shù)據(jù)，且可在更高的環(huán)境溫度下穩(wěn)定地存儲信息。這一突破性成果發(fā)表于最新一期《自然》雜志，為未來超高密度、超微型化的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)開辟了全新路徑。

這項研究的關(guān)鍵其實是一種性能優(yōu)異的單分子磁體。它能在100開爾文（約-173℃）的溫度下保留磁記憶，比此前紀(jì)錄提升了20開爾文。研究人員指出，若進一步優(yōu)化，這種分子有望在更小的空間內(nèi)存儲海量數(shù)據(jù)。據(jù)估算，其理論存儲密度可達(dá)每平方厘米約3TB，相當(dāng)于將4萬張專輯或50萬個TikTok視頻壓縮至一張郵票大小的設(shè)備中。

隨著互聯(lián)網(wǎng)用戶對社交媒體、流媒體和云服務(wù)的需求激增，發(fā)展更高效的信息存儲與處理技術(shù)變得日益迫切。傳統(tǒng)硬盤依賴由多個原子組成的磁化區(qū)域來記錄數(shù)據(jù)，而單分子磁體則能以單個分子為單位獨立存儲信息，具備實現(xiàn)超高數(shù)據(jù)密度的巨大潛力。

然而，這類材料通常需要極端低溫才能維持磁穩(wěn)定性，這限制了其實用性。此次研究表明，在100開爾文下運行已成為可能。雖然尚未達(dá)到室溫應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，但已高于液氮的冷卻溫度（77開爾文），這為數(shù)據(jù)中心等大型設(shè)施的實際部署提供了可行性。

該分子的核心結(jié)構(gòu)獨特：一個稀土元素鏑原子被兩個氮原子幾乎呈直線排列地夾在中間。研究人員通過引入一種名為“烯烴”的化學(xué)基團作為“分子釘”，固定了原本容易彎曲或變形的結(jié)構(gòu)，從而顯著增強了磁性能。

在理論研究方面，研究人員利用量子力學(xué)基本方程，結(jié)合澳大利亞超級計算中心的強大算力，模擬了電子自旋的時間演化過程，揭示了該分子為何能在相對較高溫度下保持磁記憶。

這一發(fā)現(xiàn)不僅解釋了線性結(jié)構(gòu)對提升磁性能的重要性，也為未來設(shè)計更高溫適用性的分子磁體提供了藍(lán)圖。

總編輯圈點

當(dāng)前，傳統(tǒng)硬盤因物理極限面臨容量瓶頸。而本文中的成果，極大提升空間利用效率，是數(shù)據(jù)存儲領(lǐng)域的一次重大突破。盡管其目前仍需低溫運行，但已經(jīng)擁有了在數(shù)據(jù)中心等可控溫度環(huán)境中應(yīng)用的前景。此外，這一結(jié)構(gòu)設(shè)計和理論模擬，揭示了提升分子磁性的關(guān)鍵機制，也為后續(xù)開發(fā)適用于更高溫甚至室溫的分子磁體技術(shù)提供了清晰路徑?？梢哉f，該成果有望深刻影響未來計算與數(shù)據(jù)管理方式。