中国の多くの大学で構成された研究チームは最近、有機材料をベースにした革新的なハードドライブを紹介する論文を有名な雑誌『Nature Communications』に発表した。この新しいハードドライブは、現在の従来のハードドライブと比較して最大 6 倍のデータを保存できます。
従来のハードドライブは、磁化された領域を使用して 1 と 0 を表現したり、高レベルと低レベルを使用して 1 と 0 を表現したりするなど、主にバイナリ形式に依存してデータを保存していたため、ハードドライブの最終的な記憶容量が制限されていました。
有機材料で構築された分子ハードドライブは、自己組織化有機金属複合分子単層 (RuXLPH) を使用してこの問題を克服し、96 状態のストレージ性能を達成できるため、6 ビットのデータストレージと XOR in-situ 暗号化操作が可能となり、データ密度が大幅に向上し、超低消費電力が維持されます。テストされた消費電力はビットあたりわずか 2.94 ピコワット (1pW=10 -12W)
この分子ハードドライブの動作における重要なコンポーネントは、機械的なプログラミングおよび読み取りヘッドとして機能する導電性原子間力顕微鏡プローブ (C-AFM) です。プローブは自己組織化層に局所電圧を印加し、RuXLPH 分子の酸化還元反応を引き起こします。
プローブのナノスケール分解能により、分子のコンダクタンス状態を正確に制御できるため、非常に小さなスペースでマルチビットの記憶が可能になります。この分子ハードドライブは、個別の暗号化を必要としないため、セキュリティの面でも優れています。分子ハードドライブは、分子レベルでその場で XOR 暗号化を使用し、追加のハードウェアを必要とせずに安全なデータのエンコードと取得機能を可能にします。
下: 莫高窟の壁画画像は、RuXLPHSAM ベースの分子ハードドライブ内でその場で暗号化されます。
研究チームは、今後の研究は小型化の改善、導電性状態の向上、環境への敏感さの問題への対処に焦点を当てると述べた。このような分子ハードドライブが最終的に実現できれば、今日の世界で急速に増大するデータストレージのニーズを軽減するのに役立つはずです。
さらに、この論文を読んだ後、ストレージ業界のウェブサイトでは、C-AFM の寿命という新しい観点が提唱されました。原子間力顕微鏡プローブの現在の動作寿命は、断続タッピング モードで 50 ～ 200 時間、連続タッピング モードで 5 ～ 50 時間です。したがって、このような分子ハードディスクを実現するには、より長寿命の顕微鏡プローブを研究・製造する必要がある。
論文概要:
有機メモリは、サイズが小さく、速度が速く、保持時間が長いため、大規模データのアーカイブの有望な候補と考えられています。低消費電力と高セキュリティ情報ストレージの要件を満たすために、pW/ビットの消費電力範囲内で大量のデータのその場暗号化を実行できる概念的な分子ハードディスク ロジック ソリューションを設計しました。
バランスの取れた酸化還元反応と局所的なイオンドリフトの結合メカニズムの恩恵を受け、SAM 単層構成で約 200 個の自己組織化 RuXLPH 分子で構成される基本的な HDD ユニットは、連続的で対称的な低電力スイッチング特性を備えた独自のコンダクタンス メカニズムを経ます。
RuXLPHSAM サンプルでは 96 状態のストレージ パフォーマンスが達成され、6 ビット データ ストレージと単一ユニットのさらなる XOR 暗号化操作が可能になりました。分子 HDD に保存された莫高窟の壁画画像のその場でのビットごとの暗号化は、ピクセル情報に対して単一ユニットの XOR 演算を実行することによって実証されました。
論文アドレス: https://www.nature.com/articles/s41467-025-57410-8
研究チームのメンバーは、上海交通大学、金華職業技術学院、中国科学院、山西師範大学、吉林大学、華東科学技術大学、中山大学の出身者です。