CN1369881A - 在扫描触点和存储介质之间的传导电流方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的某些具体实施方案是在这样的数据存储设备中管理的,即能够将数据在纳米尺寸的存取区域进行存储、读出和写入操作的数据存储设备。某些具体实施方案是在这样的设备中管理的,其中在存储介质(40)和能量发射触点(20)之间提供一个流动介质(90)和粒子(100),并将能量从触点(20)输导到存储介质(40)。某些具体实施方案是在这样的设备中管理的,其中导体分子(120)被固定在存储介质(40)的表面,它可以将能量从能量发射触点(20)输导到存储介质(40)。某些具体实施方案是采用下面方法对存储介质(40)进行读出和写入操作的,它利用过渡粒子(100)以及/或者分子(120)来将射束从触点(20)输导到存储数据的存储介质(40)上。

Description

在扫描触点和存储介质之间的传导电流方法
相关申请
本应用与2000年12月1日提交的名为“基于二极管和阴极传导性以及阴极发光的数据存储介质原子强力显微镜方案”的美国专利申请相关。该专利申请的全部内容在此作为参考。
发明领域：
本发明涉及能够向纳米尺寸的数据存储区域中存储、读取和写入数据的数据存储设备。
发明背景：
近来，科学家已经开发出超高密度的数据存储设备，以及有用的操作超高密度的数据存储设备相关技术。这些设备和技术可以将数据位存储在纳米范围内的存储区域内，它具有比传统存储设备更为突出的优势。这些优势包括：访问数据位更为迅速、每个数据位的成本更为低廉以及使小型的电子设备的生产成为可能。
图1示出了一个相关技术构造的超高密度的数据存储设备配置，它包括存储介质40，其中的存储介质被分隔成许多小的存储区域(由存储介质40上的许多方块标示)，其中每个方块都能够存储一个数据位。这里有两种类型的存储区域：未更改的区域140可以专门存储表示“0”的数据位，而更改的区域130可以专门存储表示“1”的数据位，具体如图1所示。在这些设备中任意两个存储区域之间的典型周期性范围可以是1到100纳米。
图1还从概念上表示了被放置于存储介质40上方的发射器350，和介于发射器350和存储介质40之间的空隙。发射器350能够发射射束，它位于可移动的发射器阵列支架360上(它也被称为“微移动器”)，这种支架可以在并联结构上支持成百甚至上千的发射器350。发射器阵列支架360对每个发射器350提供电子连接，具体如发射器阵列支架360上表面的电线说明。
发射器阵列支架360能够相当于存储介质40来移动发射器350，因此它能够允许每个发射器350对存储介质40上的大面积存储区域进行扫描。还可以将存储介质40放在平台上，而让平台相对于发射器阵列支架360移动存储介质40。在实际操作中，该平台可以采用电学原理、磁性原理或者压电原理。并且根据发射器阵列支架360相对于存储介质40的运动范围，每个发射器350可以访问数万甚至数百万的数据存储区域中的数据位。
相关技术：(超高密度数据存储设备)
上面讨论的一些超高密度数据存储设备特定的具体设备是在属于Gibson等人(Gibson‘596)的美国专利号5,557,596中被公布的，这里列举了全部其中内容以供参考。
公布于Gibson ‘596专利中的设备包括一个带有更改的区域130和未更改区域140的存储介质40、发射器350以及一个发射器阵列支架360。Gibson‘596的设计提供了一种相对廉价并且方便的方法来生产超高密度数据存储设备，而这些设备可以通过非常确定的并且容易获得的半导体处理工艺和技术来制造。更进一步来讲，对于干扰以及由于在设备运转过程中发射器350相对于存储介质40移动而造成的发射器350与存储介质40之间空隙距离的变化，在Gibson‘596专利中公布的一些设备会有略微一些不敏感。造成这些不敏感的原因有很多，举例来说，这有可能与Gibson‘596中公布的二极管设备有关，这是因为二极管允许恒定电流源连接到发射器350并允许射束能量在与信号电流无关的情况下被监控，这是为了将信号规格化为Gibson‘596专利中描述的那样。然而，Gibson‘596专利中公布的设备必须是在严格的真空条件下运转的。
根据Gibson ‘596专利，可以以数种形式实现存储介质40。举例来说，存储介质可以是在诸如PN结或者肖特基势垒的二极管的基础上的。更进一步来讲，存储介质40可以包括光敏二极管和诸如氧化锌的荧光层的结合。这种类型的结构依赖于监控存储介质40的阴极发光变化来探测写入位的状态。再有就是，根据Gibson ‘596专利，支持存储介质40的电压要与发射器350的电压不同，这是为了使从发射器350发出的电子加速或者减速。
在Gibson ‘596专利中公布的发射器350是能够发射电子的场发射器，它是由半导体微加工技术生产的，并且可以发射非常精密的射束。这些发射器可以是硅场发射器，也可以是Spindt发射器，典型情况包含钼锥体发射器、相应的门电路以及施加在每个发射器和它相应门电路之间的不同的预选电压。Gibson ‘596专利还公布了电子变流装置，它被用来改变来自于发射器350的射束。
根据Gibson ‘596专利，发射器阵列支架360上可以包括一个100×100的发射器阵列，其中每个发射器之间在X和Y方向上的距离都是50微米。类似于发射器350，发射器阵列支架360可以被标准的、有成本效益的半导体微加工技术所生产。更进一步来讲，由于发射器阵列支架360的移动范围差不多是50微米，那么每个发射器350都可以在超过数以千万计的存储区域上确定位置。再有就是，发射器阵列支架360可以同时进行所有发射器350的寻址或者以某种复合方式控制它们。
在操作过程中，发射器350通过发射器阵列支架360在许多存储区域上进行扫描并且，一旦发现了所期望的存储区域，某个发射器350会被开动，用高功率密度的射束或者低功率密度的射束对该存储区域进行粒子轰击。随着发射器350与存储介质40之间的空隙变宽，射束的光点直径也会变宽。然而，发射器350所产生的射束必须足够精密以同单个的存储区域相互作用。因此，有时候会有必要结合电子光学，它经常会需要更为复杂和昂贵的制造技术来对射束进行调焦。
如果发射器350利用足够功率密度的射束对存储区域进行粒子轰击，那么射束会有效地对存储介质进行写入并将经过轰击的存储区域从未更改区域140变为更改区域130。当来自高功率密度射束的电子对存储区域进行粒子轰击并且导致经过轰击的存储区域产生变化的时候，这样就完成了写入过程，而这个变化可以是从晶体结构变为非晶体结构或者从未破坏的到经过热破坏的。
存储区域的状态改变可以是由轰击射束本身产生的，特别是当电子与介质的电子碰撞的时候会使这些原子重新排列，但是它也可以是由高功率密度射束将电子的能量转移给存储区域并导致局部加热造成的。对于晶体与非晶体状态之间的换相，如果在加热过程之后伴随着一个迅速冷却过程的话，那么就获得了非晶体状态。反过来，可以通过充分加热经过轰击的存储区域并对它们进行退火来将非晶体状态返回到晶体状态。
当选择的存储介质40包含能在晶体与非晶体结构之间变化的存储区域时，并且这个变化可以导致相关材质的性质上的变化，上面的写入过程会是更好的。举例来说，电性能、晶体特性、次级电子发射系数(SEEC)以及背向散射电子系数(BEC)可以被改变。根据在Gibson‘596专利中公布的设备，这些材质属性的变化是可以被探测到的，并且允许执行读出操作，具体将在下面进行讨论。
当二极管被用作存储介质40的时候，高功率密度的粒子轰击束局部地将二极管表面的存储区域在晶体结构和非晶体结构之间进行改变。非晶体与晶体材质拥有不同电性能的事实是依赖于允许读出操作的性能，具体将在下面进行进一步讨论。
当对由光敏二极管和荧光材料构成的存储介质40进行写入操作时，发射器350利用高功率密度的射束轰击并改变了荧光材料区域的状态。这种粒子轰击局部改变了辐射与非辐射重组的比率，并因此局部改变了荧光层轰击区域的发光属性，它还允许其他的方法进行读出操作，具体将在下面进行讨论。
一旦对存储介质40写入了数据位，可以通过读出过程获得该存储数据。与在写入过程中使用的高功率密度射束相比，读出过程利用了低功率密度射束来对位于存储介质40上的存储区域进行粒子轰击。低功率密度射束并不能改变它们轰击的存取区域的状态，而实际上，射束或者被存储介质40改变，或者在那里产生信号电流。这些射束或者信号电流周期的波幅取决于存储区域的状态(举例来说，晶体或非晶体结构)并且根据被轰击的存储区域是更改区域130还是未更改区域140而有显著不同。
当在存储区域可以在晶体与非晶体结构之间进行改变而这些变化会导致材质属性产生相关变化的存储介质40上进行读出操作时，信号电流可以以反向散射或者次级电子发射电流的形式出现，该电流是由被触点收集的从存储介质上迁移的电子组成。由于晶体与非晶体材质的SEEC和BEC系数有所差异，由触点收集的电流强度也会根据低功率密度射束轰击的是更改区域130还是未更改区域140而有所不同。通过对这些差异进行监视，就可以确定与轰击存储区域相应的是数据位“1”还是“0”。
当把二极管作为存储介质40的时候，所产生的信号电流是由在低功率密度射束轰击存储区域并激活电子-空穴偶的时候产生的少数载流子构成的。这种类型的信号电流特别是由形成的少数载流子构成的，这些载流子能够从二极管的边缘区域迁移并且能够作为电流测量。由于所产生的能够从二极管边缘区域迁移的少数载流子数目很大程度上受到材质晶体结构的影响，因此，当射束轰击不同存储区域的时候追踪信号电流的相关量就可以确定低功率密度射束所轰击的是更改区域130还是未更改区域140。
在存储介质40采用光敏二极管和荧光材质的情况下，用于读出操作的低功率密度射束激发了荧光材质上的光子发射。根据轰击区域是更改区域130(举例来说，经过热处理)还是未更改区域140，从荧光材质中被激发并由光敏二极管收集的光子数目将会有显著差别。这会导致被激发光子在光敏二极管中产生的少数载流子数量上的差异，并会导致在射束轰击不同存储区域的时候从光敏二极管边缘区域产生信号电流量的差异。
上面所描述的许多具体实施方案中，大批擦除(bulk-erase)操作能够在写入操作之后重置存储介质40上的所有更改区域130。举例来说，如果整个半导体存储介质40被适当进行加热处理和冷却处理之后，整个存储介质40可以被重置为它的原始晶体或非晶体结构，并被有效地消除了所写入的数据位。关于光敏二极管存储介质40，批量热处理可以通过进行这样的退火过程来重置经过热处理的更改区域。
相关技术：原子力显微镜(AFM)
图2示出了一个根据相关技术典型AFM触点10的顶视图，该触点由触点20、支撑触点20而由其他AFM组件(没有显示出来)支撑它本身的感应悬架30以及一个位于感应悬架30顶面上的压电材料50。
触点10可以以接触式、非接触式或者轻触式(断续接触)的AFM模式进行操作，这些模式在技术领域是众所周知的，我们将在这里对它进行简要讨论。接触式允许触点20与存储介质40直接接触，而非接触式(在这里没有显示出来)会将触点20与存储介质40保持一定距离(通常是接近或者小于100纳米)。轻触式允许在触点10沿着存储介质40的水平方向移动的时候，感应悬架30在存储介质40表面的垂直方向振荡，触点20从而能够断续地接触或者几乎接触存储介质40并且在直接接触和接近存储介质40的距离之间移动。
触点20一般，但不一定，是根据普通半导体制造技术由硅元素或者硅化物做成的。尽管触点20可以特别用来测量诸如上面讨论的存储介质40的基片的表面特性，它还可以用来测量存储介质40的电属性。
如上面说明的那样，图2中的触点20被固定于感应悬架30上。该感应悬架应该足够灵活，以便可以根据接触式或者轻触式的需要，或者根据多余的调节需要，使触点在扫描过程(使得触点接触或者保持适当的工作距离)中关于存储介质做非平行运动的振荡。感应悬架30在它的一个末端支持着触点20，而其另外一个末端附属于AFM或者STM结构的剩余部分并由它÷控制。在典型的AFM结构中，存储介质位于关于触点20进行移动的平台上，允许触点20在平台移动过程中对存储介质40进行扫描。
图2示出了压电材料50，它位于感应悬架30的顶面上。随着触点20在存储介质40上移动，触点20会根据存储介质40的表面变化而使感应悬架30上下移动。这种移动会依次导致压电材料50的压缩或拉伸，并因此产生电流或者导致可发觉的电压变化。这种电压或电流是由传感器(在这里没有显示)来探测的，并且它是由AFM或者STM的其他组件来处理的，从而产生了扫描区域的表面地形图像。
相关技术的缺点：
典型的超高密度数据存储设备，包括由Gibson‘596专利公布的设备以及上面所描述的AFM设备，在生产高密度数据存储设备方面有多个缺点。
在上面所公布基于发射器的设备中存在诸多限制因素。其中，有对隔开发射器350和存储介质40的距离上轰击射束光点直径的依靠。这种依赖性是由下面的原因产生的：由发射器350发出的射束在轰击到存储介质40之前有按照它走过的距离成比例发散的趋势。
上面所讨论基于发射器的设备的另外一个限制因素是为了执行读出和写入操作而必须满足的真空条件。如果不能获得适当的真空条件，由发射器350发射的射束会与位于存储介质40和发射器350之间的粒子相互作用，从而不能以足够的聚焦状态到达存储介质40并执行读出和写入操作。低于标准的真空条件还可能导致不能发射射束或者击穿，这样会对发射器350造成损害。另外它还可以通过在离子轰击之后气体分子的电离作用，或者通过发射器350或存储介质40与气体分子(特别是那些被电离的分子)的反应来减少发射器350或者存储介质40的寿命。
上面所讨论所有设备共有的缺点就是发射器损坏问题。损坏的情况可以是磨损或者击穿，它在发射器350接触存储介质40的时候就会发生。在发射器对存储区域的一个阵列进行扫描过程中，在包含大量复杂地形特性的存储介质40与发射器350碰撞时会发生这种接触。当AFM触点20被用来以接触式或者轻触式从存储介质40中重复读出的时候，过度磨损触点20和存储介质40也会发生这种接触。
因此，现在需要从存储介质40中读出数据和向其中写入数据的方法，该方法允许将非常小的聚束光点聚焦在存储介质40上。
而更进一步需要的是能量射束发射器350和触点20自我成形和/或自我修复的方法。
还需要的就是从存储介质40中读出和向其中写入数据的方法，从而减轻或者消除对真空环境的要求。
发明概述：
本发明的具体实施方案允许通过将能量射束从发射器350和触点20引导到存储介质40来使发射器350到存储介质40的距离变化所造成的影响达到最小。
本发明的具体实施方案提供了一种从存储介质40读出数据或者向其中写入数据方法，该方法允许通过将射束通过传导粒子和分子将非常小的聚束光点聚焦在存储介质40上。
本发明的具体实施方案提供了能量射束发射器350和触点20，它们可以利用磁性或者电介质粒子组成发射器350或者触点20的一部分来自我成形和/或自我修复。
本发明的具体实施方案提供了一种从存储介质40读出数据或者向其中写入数据方法，该方法通过在射束发射器或发射触点20和存储介质40之间提供一条由铁磁流体(或者是下面讨论的以及本领域的技术人员已知的其他材料)组成的传导路径，从而减轻或者消除了真空环境的必要。利用这样的传导路径，电流传输机制会变得有所不同(也就是说，没有场发射)，而并不是必需要有高电压和高电磁场来创建真空环境了。
本发明的其他方面和优点将在下面的具体描述中变得更加明显。下面的描述将结合图示和实例来说明本发明的原理。
附图说明
图1示出了根据相关技术的一个超高密度数据存储设备。
图2示出了根据相关技术的一个AFM触点结构的侧图。
图3示出了根据本发明的具体实施方案的微触点结构的侧图。其中在存储介质和传导触点触点之间有一个流动的介质，而触点没有被施加电压。
图4示出了根据本发明的具体实施方案的微触点结构的侧图。其中在存储介质和传导触点触点之间有一个流动的介质，而触点被施加了电压。
图5示出了根据本发明的具体实施方案的微触点结构的侧图。其中在存储介质和传导触点触点之间有一个中间过渡层，它是由一维的传导分子构成的。
详细描述：
本发明的具体实施方案在图3中进行了说明。其中触点10是由触点20、感应悬架30、处于“off”状态的电源110和一个连接触点20和电源110的线路80。在触点10和其中飘浮有粒子100的流动介质90下面示出了存储介质40，在存储介质40和触点10之间示出了流动介质。
触点10与上面所讨论的AFM触点相类似，但是它并不限于此。多个触点10可以附属于上面所讨论那种发射器阵列支架360，但是并不限于此。触点所附属的发射器阵列支架360可以关于存储介质40作运动，以便于在特殊的存储区域或者能够相对于发射器阵列支架360移动的存储介质40上让触点定位。
除了在Gibson‘596中讨论的发射器阵列支架360具体实施方案以外，本发明的具体实施方案还包括并不附属于真空外壳的发射机阵列支架360结构，而本发明的某些具体实施方案可以在10-5托以上的压力下进行操作。根据这些具体实施方案，发射器阵列支架360实际上是由特别包括在AFM结构中的结构或者由本擅长发明技术的组件所支持，以便于能够在存储介质40上方按照要求定位发射器阵列支架360。
位于发射器阵列支架360上的触点10能够从单个存储区域中读取或者向其中写入数据，它也可以对包括数百万存储区域的存储介质进行扫描。进一步来讲，根据本发明的某些具体实施方案，发射器阵列支架360结构的移动范围可以是大于50微米。更进一步来讲，根据本发明的存储介质40能够包括一个或者多个整流P-N结。
根据本发明的某些具体实施方案，由发射器阵列支架360支持的等量发射触点10能够被同时或者以复合方式控制，而触点的配线并不仅仅限于图1所显示的单一配线。这里可以根据具体实施方案采用一条或者多条线路。
触点20可以由任何元素实现，它可以用来改变存储介质40上的存取区域状态，以便进行读出和写入数据。举例来说，触点20可以如上面所描述的发射器350那样实现。触点10的触点20可以被放置在存储介质40上方有一定距离的地方，这特别适于以非接触式或者轻触式AFM模式的AFM触点。触点20并不需要门电极来传送电流。实际上，根据某些具体实施方案，这里只需要单一的锥尖就足够了。触点10和触点20可以由标准制造技术来成形，它可以由硅元素或者硅合金构成，另外还有很多其他类型的传导材料可以被用来制造触点20或者发射器350。根据本发明的某些具体实施方案，除了上面所讨论的发射器350以外，诸如单阴极发射器的发射器350也可以被用来产生能量射束，以便对存储介质40进行读出和写入操作，但是并不仅仅限于此。
根据本发明的具体实施方案，触点20或者发射器350除了可以发射射束，还可以发射热束、光束或者任何其他类型的能量束。根据具体实施方案，触点20和发射器350必须在进行写入操作的时候能够，经受住在创造能够改变存储介质40状态的轰击射束的时候所发射的能量以及相关温度。这种情况也适合于包含在本发明具体实施方案中的流动介质90和粒子100。除了在图3中显示的触点20和图1中显示的发射器350以外，其他拥有足够能量密度对存储介质40进行写入操作，并且能够输导电子及其他能量形式的组件也可以属于本发明的具体实施方案范围内。
除了在图1到图5中显示的触点20的几何形状之外，本发明的具体实施方案还结合了其他成分或者触点几何形状，其中的一些实例已在术语Gibson等人的美国专利第5,936,243(Gibson‘243)中公布，在这里对其中一些内容有所引用。本发明的具体实施方案中的成分或触点可以是适合于本发明具体实际应用的任何几何形状，它通常是由能够经受住在输导上面所述高能量密度射束的时候所产生温度条件的材料构成。
感应悬架30可以由任何类型的材料构成。另外通常会选择柔韧性好或者那些易于被标准半导体处理技术制造的材料。感应悬架30带有附属于它的触点20或者发射器350，而它本身则附属于类似于上面讨论的发射器阵列支架360的设备。
电源110允许触点20提供一个固定的能量源，并且根据具体实施方案，它可以发射能够改变被射束轰击的存储介质40的区域状态的高功率密度射束。在具体实施方案中，触点20可以直接接触存储介质40或者像典型的AFM结构那样以非接触式或者轻触式与存储介质40保持一定距离。
电源110可以是满足下面条件的任何产生能量的设备，它能够向触点20或者发射器350产生并提供足够的能源，使后者能够发射能量射束来改变存储介质40上的存储区域的状态。电源110通过一个线路80连接到触点20或者发射器350，根据本发明的具体实施方案，该线路可以由能够将能量从电源110传输到触点20或者发射器350而不会使能量减弱的任何导线组成。线路80可以是由诸如铝、铜、金、银或者其他合金的导电性材料组成，但是并不仅仅限于此。线路80还可以是由易于将热、光或者其他能源从电源110传导到触点20或者发射器350的材料组成。
存储介质40可以是诸如在Gibson‘596专利中公布的设备、P+-P结、N+-N结或者整流结之类的材料或设备组成，它们允许进行诸如上面讨论过的读出或者写入操作。存储介质40包含纳米尺寸的存储区域，它们可以由读出或者写入操作从未更改区域140变为更改区域130。更进一步来讲，根据某些具体实施方案，能够可逆变相的材料半导体硫化物也可以用作存储介质40的一部分。根据本发明的某些具体实施方案，直属能带系III区到IV区的基于硫化物基础上的变相材料的特性是相当令人满意的。
还有就是，根据某些具体实施方案，存储介质40可以是能够保持局部电荷的材料。利用这种材料，触点20或者发射器350可以被定位在指定存储区域的上方，并通过使用射束轰击存储区域来进行写入操作，从而在存储介质40中造成了局部电荷。在这种类型的材料上进行读出操作的过程包括将触点在指定存储区域上方定位，然后探测该存储区域是否带有电荷。
根据本发明的某些具体实施方案，上面讨论的任何触点或者属于本发明的具体实施方案的触点，都可以用来对存储介质40的任何具体实施方案进行读出或者写入操作。
根据本发明的某些具体实施方案，除了上面讨论的发射器350，诸如平阴极发射器之类的发射器350可以被用来产生能量射束来对存储介质40进行读出或者写入操作，而发射器也并不仅仅限于此。
尽管上面讨论的并且包含在存储介质40中的数据位是二进制的，举例来说，它可以是晶体或者非晶体状态、经过热处理的或者为经过处理的，但是本发明的某些具体实施方案也包括带有非二进制数据位的存储介质40。举例来说，数据位的状态可以在晶体或者数种非晶体状态中进行选择。
位于存储介质40和触点10之间的是流动介质90。根据本发明的某些具体实施方案，流动介质90是高度电介质的流体，它能够经受住诸如在触点20或者发射器350发射能够改变存储区域状态的能量射束的时候产生的高温。流动介质90可以包含硅和烃类油、氯代烃和水等等，但是并不仅仅限于此。
流动介质90还可以利用能够悬浮粒子100的流质实现，粒子在存储介质40上方，具体如图3所示。流动介质90可以是铁磁流体，还可以是带有金属特性或者受射束或者相关的磁场和电场影响的粒子100。这个场形成于触点20与存储介质40之间，它可以导致粒子100的聚集并因此形成了一个传导路径。如果使用的是铁磁流体，触点20或者发射器350最好是由能够对粒子100产生静电影响的铁或者超铁磁性材料组成。尽管如果需要的话，仍然可以使用真空环境，位于存储介质40和触点20或者发射器350之间的流动介质90消除了真空环境的需要。
流动介质90可以完全浸入触点10，或者仅仅浸入触点20或者发射器350。作为选择，在没有发射能量射束的时候，流动介质90的表面位于触点20或者发射器350的下方。在该具体实施方案中，一旦触点20或者发射器350开始发射能量射束，流动介质90中的粒子100被吸引到触点20或者发射器350周围，并从而将流动介质90的表面“拉”高，因此就在触点20或发射器350和流动介质90之间有效地形成了一个“桥”。
流动介质的厚度可以是数百纳米或者更小。然而，更大的厚度也仍然是属于本发明的具体实施方案范围之内的。并且根据某些实施方案，并不需要出现流动介质90。
粒子100应该特别选择磁性的、金属性的或者半导体性的粒子。它们的直径应该限制于大约10nm，而其最大直径应该限制于流动介质90的厚度。粒子100可以是由诸如铁酸盐粒子的材料组成，例如铁磁矿，但是并不仅仅限于此。然而在本发明的范围内，粒子100还可以选择那些可以电传导或者可极化的粒子。
图4示出了本发明的一个具体实施方案，其中电源110处于“on”的位置上。尽管图3示出了散步在流动介质90周围的粒子100，但是在图4中公布的粒子100却是在触点20和存储介质之间排列起来，从而形成了一个类似于导线的列。这个粒子的排列是由能量束、与之相关的电场和磁场的存在而形成的，这在粒子100移动到沿着能量射束流出方向的位置上的时候就会发生。
尽管如图4所显示的那样，介于触点20和存储介质40之间的粒子列仅为一个粒子100那么厚，但是在本发明范围内还允许有更厚的列。还有就是，尽管构成存储介质40与触点20之间列的粒子100看起来似乎是固定的，但是实际上，随着时间的推移，粒子100中的一些会离开该列，而另外一些会补充过来。更进一步来讲，该列的长度依赖于许多因素，其中包括在触点20与存储介质40之间施加的电场和磁场的强度、流动介质90的粘度、粒子的大小、传导性、可极化性和/或者渗透性等等，但是并不仅仅限于这些因素。
当电源110位于“on”位置时，触点20或者发射器350在它本身与存储介质40之间施加了电场或者磁场，并因此产生了如图4显示的例子结构。一旦产生了电场(磁场)，它就会将电介质/顺电(磁性的/顺磁性的)粒子吸引到射束流出方向的线上。为了产生电场，可以在触点20和存储介质40之间施加电压。为了产生磁场，举例来说，可以利用顺磁性触点作为磁性流量集中器。另外，如果利用了磁场和导电磁性粒子，触点可以采用被永久磁化的铁磁物质。在这种情况下，在触点20和存储介质40之间会形成一个粒子桥。当触点20相对于存储介质40移动时，这个桥可以在存储介质40上被拖动。如果需要，可以通过在触点20和存储介质40之间施加适当的电压经由粒子桥产生适当大小的电流，以供进行读出和写入操作。
根据本发明的某些具体实施方案，粒子100是带有磁性并且是非常微小的，而触点20或者发射器350以及存储介质40是带有磁性的。在这些实施方案里，粒子100会聚集在触点20或发射器350与存储介质40之间，而在存储介质40的实际数据存储层下面提供了一个磁性(最好是顺磁性的)层作为流量返回路径。
或者，根据某些其他的具体实施方案，将电介质粒子与电场一起使用，而在存储介质40的存储层下面放置了一个传导层，以便于提供“镜像电荷”。当然，根据所采用存储介质40的类型不同，存储介质40本身有可能具有足够的导电性，因此就无需再采用独立的传导层。通常来讲，上面所讨论的粒子100聚积担当着传导路径的角色，并且它可以沿着存储介质40的表面进行“拖拉”，从而有效地形成了扩大的触点20。
在上面的内容里，“磁性”对于触点20、粒子100和存储介质40来说指的是铁磁、顺磁以及完全磁性的结合。另外，还可以采用含有电可极化粒子的电流质。在这种情况下，位于触点20和存储介质40之间的电场，而不再需要带有磁性，将会吸引这些粒子。
为了控制或者调整位于粒子100之间由偶极对偶极以及Van derWall力产生的吸引力，以及为了将不必要的聚积作用最小化，每个粒子100都需要被包上长链分子或者静电层。
如图4所示，一旦粒子100被排列起来，从触点20或者发射器350发射的射束会被类似于导线的粒子100排列有效地进行输导，于是这些电子将被从高电介质的流动介质90上转移到这个粒子100路径上。这就允许由触点20或者发射器350发射的射束处于一个限制之中，即由粒子100形成的，类似于导线的排列的光点直径的限制。
图5示出了本发明的具体实施方案。其中在图3和图4中显示的流动介质90和粒子100被替换成了导体分子120。在本发明的某些具体实施方案中，导体分子120是一维的，它被浸入，至少是部分浸入流动介质90。
导体分子120的一个末端固定在存储介质40上，而它的另一个末端是独立的。为了促进固定，可以对存储介质40的表面和/或导体分子的“固定”端进行化学处理(专门化)或者通过标准技术进行物理上的更改，诸如蚀刻。导体分子120可以通过离子耦合、共价耦合、Vander Wall力或者其他类型的方法被固定，这样就可以将导体分子120的一端固定在存储介质40上了。
导体分子120可以是由诸如二醇、表面活化剂、纳米管(nanotube)、有机聚合物以及无机聚合物构成，条件是它允许一维传导性。典型的导体分子120的长度是在数百个纳米范围之内，因此它可以在触点20或发射器350与存储介质40之间伸展。事实上并不存在导体分子长度的限制，在许多情况下，存在任何长度的导体分子120，这有助于减少射束在存储介质40上的光点直径。
图3和图4中显示的粒子100应该选择具有高熔点的粒子。而另一方面，导体分子100经常会选择有机分子，并以此具有最大的操作温度，而在该温度下它可以抵抗减少它们出现的煅烧过程。因此，根据本发明的某些具体实施方案，存储区域并没有被拥有足够能量的射束轰击以导致状态的改变，而实际上它是如上面所述，被由触点20或者发射器350产生的射束进行充电。
总之，本发明的某些具体实施方案允许位于流动介质90中的粒子100沿着射束流出方向进行排列，或者沿着磁性射束方向指示射束进行相对调焦，而有时候是校准、传送，这样会导致具有更小光点直径的射束轰击存储介质40。只要是电源处于“on”的状态，粒子100甚至可以粘附在触点20上以产生新型触点或者是再生触点20。流动介质90消除了真空条件的必要，而包含在其中的粒子还可以在指定条件下输导光、热、或者其他形式的能量射束。(也就是，如果粒子在电场条件下进行排列，并同时相存储介质40传导热能)
根据本发明的其他具体实施方案，粒子100以及，作为任选的，流动介质90被替换成固定在存储介质40上的导体分子120，它能够向存储介质输导能量射束。尽管这些导体分子可以是有机体，对存储介质40的存储区域进行写入操作的方法也是可行的，诸如对存储区域进行局部充电。
尽管上面的实施方案是本发明具有代表性的一部分，其他实施方案将显然会熟练运用来自本发明详述或者实践中所考虑的技术。本发明由权力要求及其等价物所定义，这里有意将详细说明和实例仅作为可供仿效的实例。

Claims (10)

1.一种数据存储设备，包括：
存储介质(40)；
在存储介质(40)中的纳米级的数据存储区域；
置于距离存储介质(40)非常近的位置的能量发射触点(20)；
置于能量发射触点(20)和存储介质(40)之间的流动介质(90)；和
包含在流动介质(90)中的粒子(100)。
2.权利要求1中的数据存储设备，其中能量发射触点(20)可以发射电子。
3.权利要求1中的数据存储设备，其中流动介质(90)包括铁磁流体。
4.权利要求1中的数据存储设备，其中粒子(100)由从导电、电介质的以及顺电材料中选择的材料组成。
5.一种数据存储设备，包括：
存储介质(40)；
在存储介质(40)中的纳米级的存储区域；
置于距离存储介质(40)非常近的位置的能量发射触点(20)；
置于能量发射触点(20)和存储介质(40)之间的分子(120)；
6.权利要求5中的数据存储设备，其中分子(120)是由一维导体分子组成的。
7.权利要求6中的数据存储设备，其中一维导体分子由二醇、聚合体、表面活性剂、纳米管以及聚合物中的至少一种类型的分子组成。
8.一种数据存储方法，包括：
提供由纳米级数据存储区域构成的存储介质(40)；
将能量发射触点(20)置于距离存储介质(40)非常近的位置；
导引能量从能量发射触点(20)发射到存储区域(40)上；
利用发射的能量改变存储区域的状态。
9.权利要求8中的方法，其中的导引步骤包括通过位于存储介质(40)和能量发射触点(20)之间的导体分子输导能量发射。
10.权利要求8中的方法，其中的导引步骤包括通过位于存储介质(40)和能量发射触点(20)之间流动介质(90)中的粒子输导能量发射。
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