Китайские учёные придумали молекулярный жёсткий диск с многоуровневой записью

Группа китайских учёных опубликовала в журнале Nature статью под названием «Молекулярная логика жёстких дисков для зашифрованного хранения больших объёмов данных». Исследователи продемонстрировали возможность записывать до 96 состояний в каждой «точке» накопителя, что можно сравнить с технологией шестибитной ячейки 3D NAND. Это может стать прорывом в создании высокоёмких накопителей будущего.

Источник изображений: Nature 2025

Экспериментально достижение было подтверждено с использованием атомно-силового микроскопа. Наконечник микроскопа измерял рельеф поверхности «молекулярного жёсткого диска» и уровень заряда в каждой точке записи.

Экспериментальный блок перспективного накопителя состоял примерно из 200 металлоорганических комплексных молекул (OCM), которые в процессе обработки самостоятельно собирались в монослой на поверхности подложки. Считывание и запись производились с помощью наконечника проводящего атомно-силового микроскопа (C-AFM) с радиусом действия 25 нм.

Цифровая информация записывалась путём изменения физико-химических состояний молекул (с использованием окислительно-восстановительных реакций), что проявлялось в накоплении в точке записи определённого количества ионов. При считывании измерялся ток, протекающий через материал и наконечник микроскопа. Чем больше ионов было накоплено в процессе записи, тем выше был ток при считывании. В эксперименте его величина варьировалась от пикоампер до микроампер.

Кроме того, на верхнюю часть наконечника было установлено зеркало, на которое направлялся лазерный луч. По мере изменения нанорельефа наконечник микроскопа двигался, вызывая колебания отражённого сигнала. Этот сигнал принимался фотодетектором, фиксируя изменение высоты покрытия, что также может использоваться для кодирования информации на молекулярном жёстком диске.

Благодаря увеличенной разрядности хранения данных в каждой точке записи общий объём молекулярного жёсткого диска может быть уменьшен на 16,7 % по сравнению с традиционными HDD при идентичном объёме данных. В перспективе можно добиться ещё большего числа состояний проводимости, что позволит повысить разрядность каждой точки записи и увеличить плотность хранения.

Авторы также рассматривают возможность создания нового формата дискеты: «В будущем, благодаря сочетанию продуманного молекулярного дизайна, стратегии синтеза, раздельной сборке индивидуальных молекул и использованию гибких подложек, молекулярные жёсткие диски могут даже превратиться в дискеты для портативных цифровых устройств с высокой плотностью записи и повышенным уровнем безопасности».

Однако следует отметить, что срок службы наконечников атомно-силовых микроскопов пока остаётся ограниченным, что не позволяет говорить о скорой коммерциализации молекулярных HDD. При непрерывном сканировании поверхности наконечник микроскопа изнашивается в течение 5–50 часов, что остаётся серьёзным техническим препятствием.