“用一张邮票存储3TB！”单分子磁铁开启超高密度存储革命

1. 引言——“原子级存储”时代的开端

2025年6月25日，物性物理和化学界都被一则新闻震惊。发表在《Nature》杂志上的单分子磁体（Single-Molecule Magnet，以下简称SMM）的新纪录，将磁存储保持温度提升至100 K，比之前的极限80 K提高了20 K。这标志着人类首次拥有了“仅需液氮冷却就能运行的分子存储器”。phys.org

2. 研究核心——直线配位Dy-N-N结构

关键在于稀土元素镝（Dy）被两个氮原子“几乎直线”夹住的特殊配位。传统上，Dy倾向于形成三角形或弯曲的骨架，导致晶体场紊乱，降低自旋翻转障壁（Ueff）。此次，研究团队插入了带有π键的烯烃桥基作为“分子钉”，彻底消除了Dy周围的应变。结果，轴向各向异性被最大化，即使在100 K下也能观察到不被热扰动打败的磁滞现象。量子化学计算的自旋动态模拟也在ANU的GPU超级计算机上成功再现了实验。phys.org

3. 存储应用可能性

由于SMM单个分子可以作为“一个颗粒”磁体存在，理论上集成后每平方厘米可达约3 TB，接近现有HDD的100倍面密度。冷却要求放宽到液氮水平，使得数据中心和超大规模云的积极采用场景变得更加现实。研究团队表示，“希望在2030年代初对第一代SMM驱动器进行机架级评估”。phys.org

4. 产业界与资源风险

镝在电动汽车电机和风力涡轮机磁体中竞争激烈，且对中国的依赖度超过90%，存在供应风险。2025年春季中美贸易摩擦加剧，出口管制加强，汽车公司忙于确保库存。wsj.com如果该技术进入量产阶段，数据存储产业也很可能面临同样的供应链问题。

5. 社交媒体的狂热——从七个视角看

6. 技术挑战与下一步

1. 常温运行的障碍
   达到100 K是壮举，但与服务器室常温（≈300 K）之间的差距仍然很大。关键在于Dy以外的镧系元素和配体设计的优化。

2. 大规模合成工艺
   目前是通过溶液合成的毫克级规模。尚未开发将生产线扩展到台式规模→试验规模的技术。

3. 工程整合
   需要将分子薄膜以位图形式排列，并与相当于读写头的量子传感器（NV中心或千载量子点等）集成。

7. 商业影响

• 云服务提供商：机架密度提高100倍，城市数据中心建设用地问题将得到缓解。

• 冷却行业：液氮发生装置、氮气回收系统市场扩大。

• 稀土开采：澳大利亚西澳州的Browns Range项目成为关注焦点。

8. 结语——通往“SMM世代”的路线图

SMM在量子信息科学中也作为量子比特候选进行研究，可能演变为兼具“存储”和“运算”的“数据原子”。此次成果大大拉近了这一未来。“一个分子成为硬盘”的梦想刚刚在液氮的雾中显现出轮廓。下一个突破将是常温运行还是无Dy材料——无论如何，存储技术的历史今天无疑迈入了新篇章。