Ученые Чикагского университета совершили прорыв в области хранения данных, разместив терабайты цифровой информации в кристалле размером всего один миллиметр. Им удалось добиться этого благодаря использованию дефектов на атомном уровне, которые позволяют закодировать двоичные 1 и 0.
Выпадающие атомы
Традиционные методы хранения информации основаны на переключении между состояниями «включено» и «выключено». Однако физические размеры элементов памяти ограничивают плотность размещения данных. Исследователи Инженерной школы Прицкера при Чикагском университете нашли способ преодолеть это ограничение, используя отсутствующие атомы в структуре кристалла для хранения информации.
«Мы интегрировали методы физики твердого тела, применяемые в радиационной дозиметрии, с подходами, используемыми в квантовых исследованиях, хотя наша работа не является чисто квантовой», — объясняет ведущий автор исследования Леонардо Франса, постдокторант лаборатории Чжуна.
В своем исследовании ученые рассмотрели возможность использования атомных дефектов в кристалле в качестве ячеек памяти, объединив квантовые методы с принципами классических вычислений.
Группа исследователей под руководством доцента Тяня Чжуна разработала инновационный метод хранения данных, вводя редкоземельные ионы в кристаллическую решетку. В частности, они использовали ионы празеодима в кристалле оксида иттрия, однако подчеркивают, что метод можно адаптировать и для других материалов благодаря уникальным оптическим свойствам редкоземельных элементов.
Для записи данных в кристалл применяется ультрафиолетовый лазер, который активирует редкоземельные ионы, заставляя их высвобождать электроны. Эти электроны затем захватываются дефектами в кристалле. Контролируя зарядовое состояние этих дефектов, ученые смогли создать бинарную систему: заряженный дефект обозначает «единицу», а нейтральный — «ноль».
Ранее кристаллические дефекты исследовались в контексте квантовых вычислений как потенциальные кубиты. Однако команда Чикагского университета пошла дальше, адаптировав их для классической памяти.
«Сейчас существует потребность в развитии квантовых технологий, но одновременно важно совершенствовать емкость классических энергонезависимых накопителей. Наше исследование лежит на стыке этих направлений», — отметил Франса.
Данное открытие может радикально изменить границы возможностей хранения данных, открывая путь к созданию сверхкомпактных и высокоемких носителей информации в классических вычислительных системах.
Исследование опубликовано в журнале Nanophotonics.
