二进制存储构成了现代存储的基础

　　二进制存储构成了现代存储的基础。无论磁盘，硬盘，CD，DVD，U盘还是全固态存储器，数据是以0或者1两种状态存储于存储单元中。一个存储单元也就构成了最小的存储单位：比特(bit)。磁盘和硬盘这样的存储介质由磁性材料构成。其基本原理是磁性材料具有两个磁极。做个简单的比喻，每一个存储单元就是一个微型吸铁石，要么S级要么N级被磁头读取，这样就形成了数据0或者1。磁性介质存储单元的磁极(S或者N)指向是由电子自旋(铁3D壳层电子) 和磁畴等物理特性决定。

　　存储器的容量由存储器的体积和单位体积内的存储单元数量所决定，因此把存储单元做的更小更密集，是目前存储设备商和科学家们考虑的主要问题。受限于磁头分辨率，磁颗粒尺寸，以及一些其他物理效应如超顺磁效应和一些其他技术瓶颈，这个方向遇到了很多困难。

　　换一种思维，如果可以增加一个存储单元的存储容量，这样整个存储器的容量就以指数性增长。举例来说，8个二进制存储单元构成一个字节可以存储255以内的整数，而8个四进制存储单元则可以存储65535以内的整数。存储能力的提高是显而易见的。

　　一个由美国弗吉尼亚州威廉玛丽学院和位于华盛顿特区的美国海军实验室组成的研究小组，在10 纳米厚的铁薄膜上实现了四进制存储。

　　项目的主要负责人郑伟博士介绍说：纳米级厚度的单晶铁薄膜表面具有立方各向异性(cubic anisotropic)的磁化特性，具有四个磁化方向。简单说就是具有四个分立的磁极，这点与传统只有N或者S两个磁极的材料不同。现代化的薄膜生长技术帮助我们获得了这样的材料。用什么手段读取这四个磁极是接下来面临的主要问题。传统的技术只能分辨出两种状态，或者由于对比度过低，把另外两种状态当作噪音。此外样品表面(surface)的信号会受到来自体(bulk)的信号的干扰。

　　郑伟博士接着说：运用综合了非线性磁光效应和表面等离子体效应的技术，可以读取出这四个不同的磁化状态，而且这种技术可以对信号对比度进行调节，确保达到最好的精确度。这个研究涵盖了纳米技术，表面物理，磁致旋光效应，非线性光学和表面等离子体这些范畴。四进制存储是可能的应用之一，作为一种对表面很敏感的技术，在生物化学传感器方面也有潜在的应用。

　　最后，现任美国直立碳公司技术总监的郑伟博士补充到：把实验室技术产品化、工业化还有很长的路要走，但是这项研究给我们很多启示。首先是材料科学、纳米技术和表面科学的重要性，铁是最普通的磁性材料，纳米维度下就会具有完全不同的性质;同为纳米材料，不同工艺生长出的多晶纳米铁薄膜和单晶纳米铁薄膜会显现出完全不同的品质;再进一步讲，同样的纳米级单晶铁材料，表面，界面和体内部也会呈现出完全不同的物理性质。还要强调交叉学科的重要性，把不同学科的技术结合起来进行研究往往会有意想不到的新奇的现象被发现。