Ученые применили кристаллическое несовершенство для создания высокоплотного носителя информации

Новости МирТесен

Ученые из Притцкеровской школы молекулярной инженерии Чикагского университета (США) разработали метод создания единиц и нулей, используя заряженные дефекты в кристаллических структурах. Эти дефекты, размер которых не превышает размера отдельного атома, могут быть использованы в классической компьютерной памяти.

Объекты, способные находиться в состояниях «включено» и «выключено», пригодны для хранения данных, представленных в двоичном коде. В компьютерных системах для этой цели используются транзисторы, на CD-дисках — рельеф поверхности.

Объем данных, которые необходимо хранить, определяет габариты устройства хранения. Специалисты постоянно работают над уменьшением размеров памяти, стремясь найти оптимальное сочетание удобства записи и чтения, доступной цены и надежности.

Ученые обнаружили возможность интеграции принципов физики твердого тела с исследованиями в сфере квантовых технологий. обеспечитьИнформация фиксируется посредством создания зарядов в кристаллических дефектах оксида иттрия ( Y₂O₃), легированного празеодимом (Pr).

«Каждая ячейка памяти представляет собой один отсутствующий атом, один дефект. Благодаря этому появляется возможность разместить терабайты данных в небольшом кубике материала, размеры которого составляют всего один миллиметр», – отметил доцент UChicago PME Тянь Чжун (Tian Zhong).

При поглощении кристалла достаточного количества энергии высвобождаются электроны и образуются дырки – отрицательно и положительно заряженные частицы. Эти заряды удерживаются дефектами в кристаллической структуре. Считывание информации о заряде осуществляется учеными с использованием оптических методов. Подобным образом функционируют работают пассивные дозиметры — измеряют дозу радиации, полученную работниками больниц и ускорителей элементарных частиц.

Определенные вещества обладают способностью удерживать электрический заряд, возникший вследствие облучения. В рамках эксперимента исследователи применили празеодим – редкоземельный металл – и кристалл оксида иттрия. Авторы работы подчеркивают, что описанный ими метод может быть адаптирован для использования с другими материалами, опираясь на оптические характеристики редкоземельных элементов. Исследование опубликовано в журнале Nanophotonics.

В отличие от традиционных дозиметров, реагирующих на рентгеновское или гамма-излучение, разработанное устройство хранения информации активируется посредством простого ультрафиолетового лазера. Лазер стимулируетблагодаря своим свойствам, характерным для лантаноидов, высвобождает электроны. Эти электроны фиксируются некоторыми дефектами в структуре кристалла оксида – вакансиями, возникающими на месте атомов кислорода.

Команда ученых добилась возможности контролировать зарядку отдельных дефектов, определяя, какие из них будут заряжены, а какие останутся незаряженными. Присвоив заряженному дефекту значение «единица», а незаряженному – «ноль», им удалось преобразовать кристалл в устройство хранения данных с высокой плотностью записи.