打开潘多拉之盒 走进纳米存储的世界

2.纳米管如何读写数据？

纳米颗粒可以在纳米管内部通道中向前或者向后移动，通过感知纳米颗粒的位置，就能确定纳米存储单元的逻辑状态，从而实现信息的存储。在之前的研究中，加州大学伯克利分校、劳伦斯伯克利国家实验室已经验证过不同几何形状的纳米颗粒在富勒烯的帮助下被封装到碳纳米管内部后的运行状况，这些纳米颗粒能正常的“前”“后”活动以进行信息的存储。

要推动纳米颗粒向前，需要电迁移效应的帮助，只需要1.55V的电压，就能让纳米颗粒以1nm/s的速度前进或者后退。如果将电压提升到1.75V，纳米颗粒更可以以1.4μm/s的速度移动。和纳米领域经常使用的肌球蛋白马达相比，纳米管中的纳米微粒的移动速度高出前者整整4个数量级。在实验中人们更获得了高2.5cm/s的极速。

纳米颗粒在显微镜下观测，颗粒移动至左端代表数据0，移动至右端代表数据1

如果只是让纳米微粒随意移动，要实现存储也相当困难。所幸的是，根据加电时间长短，纳米微粒在纳米管中能提供阶段级的移动。当我们将2V电压以20纳秒的速度施加时，纳米微粒移动的距离正好是3纳米。这样一来，我们只要掌握电流强度和通电时间，就能精确移动纳米微粒。通过脉冲电流，更可以让纳米微粒持续地运动。

纳米存储单元通过改变电压写入0或者1数据

和传统的肌球蛋白运动每个脉冲行程36纳米相比，新的方法显然更加精确可靠。在用作存储数据的时候，我们可以把纳米管的左边定义为0，右边定义为1，这样就能通过脉冲快速改变纳米颗粒的变化，从而实现数据存储。

此时通过电子显微镜观测，可以发现纳米颗粒的位置逻辑状态和写入电压有着完全一致的关联

用电流控制纳米微粒在纳米管中的位置实现信息存储，那读取的时候怎么办？用实验室的电子显微镜显然不切实际。毕竟电子显微镜是一种成像设备，我们要读取数据只要知道纳米颗粒在纳米管中的具体位置即可，完全无需获得精确的图片。为此研究小组希望通过双端电极来实现纳米管的数据读取。他们首先发现纳米管中纳米颗粒的不同，将会引起纳米管轴向电阻的显著变化。因此只要为纳米管施加非常微小的电脉冲，就能通过测量电阻变化来确定纳米颗粒的位置。由于电脉冲的电压很小，因此并不会驱动纳米颗粒，导致位置的改变，存储在纳米管中的数据，自然相当安全。

整个纳米管的电阻变化，也因此产生了一致性。换句话说，纳米存储单元中用电压控制纳米颗粒的位置变化写入数据后，将会直接导致电阻变化。也正因为如此，人们才能轻易的在纳米管上写入读取数据。

在整个装置中，关键的一点在于如何让这些纳米颗粒能轻松地被人们所随意移动，以及如何无损的在不影响纳米颗粒位置状态的情况下获得它们的精确定位。更重要的是，研究人员还希望能找到简单直观的移动和检测纳米颗粒位置的方法—要是动辄就要动用电子显微镜，那这样的存储设备注定无法走出实验室。