由中国多所大学组成的研究团队日前在知名期刊自然通讯上发布论文介绍基于有机材料的革命性硬盘，这种新型硬盘与当前传统硬盘相比可以存储多达 6 倍的数据。
传统硬盘主要依赖二进制形式存储数据，例如通过磁化区域来表示 1 和 0，或者使用高电平和低电平表示 1 和 0，这限制了硬盘的最终存储容量。
有机材料构建的分子硬盘使用自组装的有机金属复合分子单层 (Ru X LPH) 克服这个问题，可以实现 96 状态存储性能，允许 6 位数据存储和 XOR 原位加密运算，从而显著提高数据密度并保持超低的功耗，测试的功耗仅为每比特 2.94 皮瓦 (1pW=10 -12W)
这种分子硬盘运行中的关键部件时导电原子力显微镜探针 (C-AFM)，这个探针充当机械编程和读取头，探针将局部电压施加到自组装层上，触发 Ru X LPH 分子中的氧化还原反应。
探针的纳米级分辨率可以精确控制分子电导状态，从而允许在极小的空间内进行多位存储，这种分子硬盘在安全性上也更好，因为不需要进行单独加密，分子硬盘在分子层面上采用原位 XOR 加密，无需额外硬件就能实现安全的数据编码和检索功能。
下图：莫高窟壁画图像在基于 Ru X LPH SAM的分子硬盘中进行原位加密
研究团队表示未来的工作主要是集中于提高小型化、增加电导状态和解决环境敏感性问题。如果这种分子硬盘最终能够实现的话，应该有助于缓解当今世界高速增长的数据存储需求。
另外存储行业网站阅读论文后提出了新观点，那就是 C-AFM 的寿命问题，目前原子力显微镜探针的工作寿命在间歇敲击模式下为 50~200 小时，在连续敲击下为 5~50 小时，所以要实现这种分子硬盘还需要研究制造寿命更长久的显微镜探针。
论文摘要：
有机存储器具有尺寸小、速度快和保存时间长等特点，被认为时海量数据存档的有希望的候选者。为了满足抄底功耗和高安全性信息存储的要求，我们设计了一种概念性的分子硬盘逻辑方案，该方案能够在 pW/bit 功耗范围内执行海量数据的原位加密。
受益于平衡氧化还原反应和局部离子飘逸的耦合机制，由 SAM 单层配置中的约 200 个自组装 Ru X LPH 分子组成的基本 HDD 单元经历独特的电导机制，具有连续、对称和低功耗的切换特性。
在 Ru X LPH SAM 样品中实现了 96 状态存储性能，允许 6 位数据存储和单单元进一步 XOR 加密运算，通过对像素信息进行单单元 XOR 操作，展示了存储在分子 HDD 中的莫高窟壁画图像的原位逐位加密。
论文地址：https://www.nature.com/articles/s41467-025-57410-8
研究团队成员来自上海交通大学、金华职业技术学院、中国科学院、山西师范大学、吉林大学、华东理工大学、中山大学。
