(点击图片查看全貌)这说明了一种实验性的存储技术是如何通过移动三层原子薄的金属层(即金球)的相对位置来存储数据的。旋转的颜色揭示了中间层的位移如何以编码数字1和0的方式影响电子的运动。图片来源:Ella Maru工作室

　　研究人员已经发明了一种方法，使原子般薄的二维材料层相互滑动，以更少的空间和更少的能量存储更多的数据。

　　斯坦福大学(stanford)领导的一个团队发明了一种存储数据的方法，即在原子薄的金属层之间滑动，这种方法可以比硅芯片在更少的空间中存储更多的数据，同时使用更少的能源。

　　这项研究由斯坦福大学(Stanford)材料科学与工程副教授、SLAC国家加速器实验室(SLAC National Accelerator Laboratory)的亚伦·林登伯格(Aaron Lindenberg)领导，它将是对非易失性存储类型的重大升级，目前的计算机使用闪存芯片等基于硅的技术实现非易失性存储。

　　加州大学伯克利分校的机械工程师张翔，德州农工大学的材料科学家钱晓峰，以及斯坦福大学/SLAC材料科学与工程教授Thomas Devereaux也帮助指导了这些实验，这些实验在《自然物理》杂志上有所描述。这一突破是基于一种新发现的金属，这种金属能形成非常薄的层，在这种情况下只有三个原子厚。研究人员将这些由二碲化钨金属制成的层堆叠起来，就像一副纳米级的纸牌。通过向堆栈中注入少量的电流，他们使每个奇数层相对于它上面和下面的偶数层发生了非常微小的偏移。这种抵消是永久性的，或者说非挥发性的，直到另一波电流使这些零散的层再次重新排列。

　　“层的排列成为一种编码信息的方法，”林登伯格说，创建了存储二进制数据的开关、1和0。

　　为了读取存储在这些移动原子层之间的数字数据，研究人员利用了一种被称为贝里曲率的量子特性，它就像磁场一样操纵材料中的电子，从而在不干扰堆栈的情况下读取层的排列。

　　林登堡实验室的博士后学者、这篇论文的第一作者肖军(音译)说，来回移动这些层只需要很少的能量。这意味着在新设备上“写入”一个0或1所需要的能量要比现在的非易失性存储技术所需要的能量少得多。此外，根据该小组去年发表在《自然》杂志上的研究，原子层的滑动可以发生得如此之快，以至于数据存储的速度可以比现有技术快100多倍。

　　原型装置的设计部分基于德克萨斯农工大学(Texas A&M University)助理教授钱晓峰(音译)和他实验室的研究生王华(音译)的理论计算。在研究人员观察到与理论预测一致的实验结果后，他们进行了进一步的计算，使他们相信，对设计的进一步改进将大大提高这种新方法的存储容量，为使用超薄2D材料的新型、功能更强大的非易失性存储器铺平道路。

　　该团队在进一步完善他们的记忆原型和设计的同时，已经为他们的技术申请了专利。他们还计划寻找其他2D材料，它们作为数据存储介质的效果甚至比二碲化钨更好。

　　“这里的科学底线是，”林登伯格补充说，“对这些超薄层的微小调整会对其功能特性产生很大的影响。我们可以利用这些知识来设计新的节能设备，以实现可持续和智能的未来。”

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　　斯坦福/SLAC国家加速器实验室的实验和理论合作由美国能源部、材料科学与工程部门通过斯坦福材料与能源科学研究所(SIMES)资助。TAMU的理论工作得到了美国国家科学基金会的支持。伯克利分校的实验和设备制造分别由美国能源部、材料科学和工程部和阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)资助研究办公室资助。