Een onderzoeksteam bestaande uit vele universiteiten in China publiceerde onlangs een artikel in het bekende tijdschrift Nature Communications waarin een revolutionaire harde schijf op basis van organische materialen werd geïntroduceerd. Deze nieuwe harde schijf kan tot 6 keer zoveel data opslaan als de huidige traditionele harde schijven.
Traditionele harde schijven vertrouwen voornamelijk op binaire vormen om gegevens op te slaan, zoals het gebruik van gemagnetiseerde gebieden om 1 en 0 weer te geven, of het gebruik van hoge en lage niveaus om 1 en 0 weer te geven, wat de uiteindelijke opslagcapaciteit van de harde schijf beperkt.
Moleculaire harde schijven gemaakt van organische materialen maken gebruik van zelf-geassembleerde organometaalcomposiet moleculaire monolagen (RuXLPH) om dit probleem te overwinnen en kunnen opslagprestaties in 96 toestanden bereiken, waardoor 6-bits gegevensopslag en XOR in-situ encryptiebewerkingen mogelijk zijn, waardoor de gegevensdichtheid aanzienlijk wordt verhoogd en het energieverbruik uiterst laag blijft. Het geteste stroomverbruik bedraagt slechts 2,94 picowatt per bit (1pW=10 -12W)
Een sleutelcomponent in de werking van deze moleculaire harde schijf is een geleidende atomaire krachtmicroscoopsonde (C-AFM), die fungeert als mechanische programmeer- en leeskop. De sonde oefent een lokale spanning uit op de zelf-assemblerende laag, waardoor redoxreacties in de RuXLPH-moleculen worden geactiveerd.
De resolutie op nanoschaal van de sonde kan de geleidingstoestand van moleculen nauwkeurig regelen, waardoor opslag van meerdere bits in een zeer kleine ruimte mogelijk is. Ook qua beveiliging is deze moleculaire harde schijf beter omdat er geen aparte encryptie voor nodig is. De moleculaire harde schijf maakt gebruik van in-situ XOR-codering op moleculair niveau, waardoor veilige gegevenscodering en -herstelfuncties mogelijk zijn zonder dat extra hardware nodig is.
Onder: De muurschilderingen van Mogao Grottoes worden ter plaatse gecodeerd op een RuXLPHSAM-gebaseerde moleculaire harde schijf.
Het onderzoeksteam zei dat toekomstige werkzaamheden zich zullen concentreren op het verbeteren van de miniaturisatie, het verhogen van de geleidbaarheidstoestanden en het aanpakken van problemen met de gevoeligheid van het milieu. Als een dergelijke moleculaire harde schijf uiteindelijk kan worden gerealiseerd, zou deze de snel groeiende behoefte aan gegevensopslag in de wereld van vandaag moeten helpen verlichten.
In addition, after reading the paper, the storage industry website put forward a new point of view, that is, the life span of C-AFM. De huidige levensduur van de atoomkrachtmicroscoopsonde bedraagt 50 tot 200 uur in de intermitterende tapmodus en 5 tot 50 uur in de continue tapmodus. Om dit soort moleculaire harde schijven te realiseren, is het daarom noodzakelijk microscoopsondes met een langere levensduur te onderzoeken en te vervaardigen.
Papieren samenvatting:
Organisch geheugen wordt beschouwd als een veelbelovende kandidaat voor grootschalige gegevensarchivering vanwege zijn kleine formaat, hoge snelheid en lange bewaartijd. Om te voldoen aan de eisen van een laag stroomverbruik en een hoge mate van beveiliging van informatieopslag, hebben we een conceptuele moleculaire logische oplossing voor de harde schijf ontworpen die in-situ encryptie van enorme hoeveelheden gegevens binnen het pW/bit stroomverbruikbereik kan uitvoeren.
De basis-HDD-eenheid, bestaande uit ongeveer 200 zelf-geassembleerde RuXLPH-moleculen in een SAM-enkellaagse configuratie, profiteert van het koppelingsmechanisme van gebalanceerde redoxreacties en lokale ionendrift en ondergaat een uniek geleidingsmechanisme met continue, symmetrische en energiezuinige schakelkarakteristieken.
In het RuXLPHSAM-voorbeeld werden opslagprestaties met 96 toestanden bereikt, waardoor 6-bits gegevensopslag en verdere XOR-coderingsbewerkingen in één eenheid mogelijk waren. In-situ bit-voor-bit-codering van Mogao Grottoes-muurschilderingen opgeslagen in moleculaire HDD's werd gedemonstreerd door XOR-bewerkingen van één eenheid uit te voeren op pixelinformatie.
Papieren adres: https://www.nature.com/articles/s41467-025-57410-8
Leden van het onderzoeksteam zijn afkomstig van de Shanghai Jiao Tong University, Jinhua Vocational and Technical College, Chinese Academy of Sciences, Shanxi Normal University, Jilin University, East China University of Science and Technology en Sun Yat-sen University.