Квантовая физика открывает путь к оптической памяти высокой емкости
Современный мир ежедневно генерирует огромное количество новой информации. Вчерашние технологии хранения быстро приближаются к пределу возможностей. Оптические запоминающие устройства предлагают долговечный, быстрый и энергоэффективный способ накопления данных. Команда ученых из США объединила классическую физику с квантовым моделированием и разобралась в том, как взаимодействие редкоземельных элементов и дефектов в твердых телах обеспечивает хранение классических данных, закодированных оптическим методом.
Ученые из Университета Чикаго и Аргоннской национальной лаборатории предложили новый тип памяти, в которой оптические данные переносятся с редкоземельного элемента в монолитном материале на соседний квантовый дефект. Они разработали основные принципы «невероятно эффективного метода оптической записи данных», сказала Джулия Джалли, старший исследователь.
Большинство технологий оптической памяти прошлого, в том числе CD и DVD, ограничены дифракционным пределом света. Единица данных не может быть меньше длины волны лазера, записывающего и считывающего эти данные. Новый метод повышает плотность оптической записи благодаря редкоземельным излучателям. Задействовав принцип спектрального уплотнения каналов, ученые записали больше данных на единицу площади.
Для того чтобы показать эффективность своего метода, разработчики создали модель теоретического материала с вкраплениями атомов редкоземельных излучателей. Эти атомы поглощают свет и испускают его в узком диапазоне длин волн. Модель показала, как этот диапазон улавливает ближайший квантовый дефект, сообщает сайт университета.
Ученые смогли лучше понять правила, управляющие движением энергии между излучателями и дефектами, а также то, как эти дефекты накапливают энергию. Как выяснилось, они не только становятся возбужденными, но также меняют спиновое состояние. Это изменение трудно обратить. Следовательно, дефекты могут хранить информацию долгое время.
Вдобавок, поскольку редкоземельные эмиттеры излучают волны в более узком диапазоне, а также из-за крошечного размера дефектов система обеспечивает более плотное хранение данных, чем прочие оптические технологии.
Прежде чем начать применять новую технологию, следует ответить на ряд вопросов о том, насколько долго сохраняются эти возбужденные состояния и как считывать данные. Тем не менее, понимание процесса переноса энергии - значительный первый шаг, утверждают исследователи.