قام فريق بحث مكون من العديد من الجامعات في الصين مؤخرًا بنشر ورقة بحثية في مجلة Nature Communications المعروفة والتي تقدم محرك أقراص ثابتة ثوريًا يعتمد على المواد العضوية. يمكن لهذا القرص الصلب الجديد تخزين ما يصل إلى 6 أضعاف البيانات مقارنة بمحركات الأقراص الصلبة التقليدية الحالية.

تعتمد محركات الأقراص الصلبة التقليدية بشكل أساسي على الأشكال الثنائية لتخزين البيانات، مثل استخدام المناطق الممغنطة لتمثيل 1 و0، أو استخدام المستويات العالية والمنخفضة لتمثيل 1 و0، مما يحد من سعة التخزين النهائية لمحرك الأقراص الثابتة.

تستخدم محركات الأقراص الصلبة الجزيئية المصنوعة من مواد عضوية طبقات جزيئية أحادية مركبة من معدن عضوي ذاتية التجميع (RuXLPH) للتغلب على هذه المشكلة ويمكنها تحقيق أداء تخزين يصل إلى 96 حالة، مما يسمح بتخزين بيانات 6 بت وعمليات تشفير XOR في الموقع، وبالتالي زيادة كثافة البيانات بشكل كبير والحفاظ على استهلاك منخفض للغاية للطاقة. استهلاك الطاقة الذي تم اختباره هو 2.94 بيكووات فقط لكل بت (1pW=10 -12W)

أحد المكونات الرئيسية في تشغيل هذا القرص الصلب الجزيئي هو مسبار مجهر القوة الذرية الموصل (C-AFM)، والذي يعمل بمثابة برمجة ميكانيكية ورأس قراءة. يطبق المسبار جهدًا محليًا على الطبقة المجمعة ذاتيًا، مما يؤدي إلى تفاعلات الأكسدة والاختزال في جزيئات RuXLPH.

يمكن لدقة المسبار النانوية التحكم بدقة في حالة توصيل الجزيئات، مما يسمح بتخزين البتات المتعددة في مساحة صغيرة جدًا. يعد هذا القرص الصلب الجزيئي أفضل أيضًا من حيث الأمان لأنه لا يتطلب تشفيرًا منفصلاً. يستخدم القرص الصلب الجزيئي تشفير XOR في الموقع على المستوى الجزيئي، مما يتيح وظائف تشفير البيانات واسترجاعها بشكل آمن دون الحاجة إلى أجهزة إضافية.

أدناه: يتم تشفير الصور الجدارية لكهوف موغاو في الموقع في محرك أقراص ثابت جزيئي قائم على RuXLPHSAM.

وقال فريق البحث إن العمل المستقبلي سيركز على تحسين التصغير وزيادة حالات التوصيل ومعالجة قضايا الحساسية البيئية. إذا أمكن تحقيق مثل هذا القرص الصلب الجزيئي في نهاية المطاف، فمن المفترض أن يساعد في تخفيف احتياجات تخزين البيانات المتزايدة بسرعة في عالم اليوم.

بالإضافة إلى ذلك، بعد قراءة الورقة، طرح موقع صناعة التخزين وجهة نظر جديدة، وهي العمر الافتراضي لـ C-AFM. العمر التشغيلي الحالي لمسبار مجهر القوة الذرية هو من 50 إلى 200 ساعة في وضع النقر المتقطع ومن 5 إلى 50 ساعة في وضع النقر المستمر. ولذلك، لتحقيق هذا النوع من القرص الصلب الجزيئي، فمن الضروري البحث وتصنيع مجسات مجهرية ذات عمر أطول.

ملخص الورقة:

تعتبر الذاكرة العضوية مرشحًا واعدًا لأرشفة البيانات الضخمة نظرًا لصغر حجمها وسرعتها العالية ووقت الاحتفاظ بها الطويل. من أجل تلبية متطلبات الاستهلاك المنخفض للطاقة وتخزين المعلومات عالي الأمان، قمنا بتصميم حل منطقي جزيئي للقرص الصلب يمكنه إجراء تشفير في الموقع للبيانات الضخمة ضمن نطاق استهلاك الطاقة pW/bit.

من خلال الاستفادة من آلية اقتران تفاعلات الأكسدة والاختزال المتوازنة والانجراف الأيوني المحلي، فإن وحدة HDD الأساسية المكونة من حوالي 200 جزيء RuXLPH مجمع ذاتيًا في تكوين SAM أحادي الطبقة تخضع لآلية توصيل فريدة ذات خصائص تبديل مستمرة ومتماثلة ومنخفضة الطاقة.

تم تحقيق أداء تخزين 96 حالة في عينة RuXLPHSAM، مما يسمح بتخزين بيانات 6 بت وعمليات تشفير XOR إضافية لوحدة واحدة. تم توضيح التشفير في الموقع بت تلو الآخر للصور الجدارية لـ Mogao Grottoes المخزنة في محركات الأقراص الثابتة الجزيئية من خلال إجراء عمليات XOR لوحدة واحدة على معلومات البكسل.

عنوان الورقة: https://www.nature.com/articles/s41467-025-57410-8

يأتي أعضاء فريق البحث من جامعة شنغهاي جياو تونغ، وكلية جينهوا المهنية والتقنية، والأكاديمية الصينية للعلوم، وجامعة شانشي للمعلمين، وجامعة جيلين، وجامعة شرق الصين للعلوم والتكنولوجيا، وجامعة صن يات صن.