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.
Физики разработали метод интеграции физики твердого тела с исследованиями в области квантовых технологий и обеспечить запись информации в виде зарядов кристаллических дефектов оксида иттрия ( Y2O3), легированного празеодимом (Pr).
«Кожная ячейка памяти представляет собой один недостающий атом, один дефект. Теперь терабайты данных можно разместить в небольшом кубике материала, размер которого составляет всего один миллиметр», — сказал доцент UChicago PME Тянь Чжун (Tian Zhong).
При достижении кристалла определенного уровня энергии, в нем высвобождаются электроны, что приводит к образованию дырок – частиц с отрицательным и положительным зарядом соответственно. Эти заряды удерживаются дефектами, присутствующими в структуре кристалла. Оптическими методами ученые способны фиксировать информацию об этих зарядах. По такому принципу работают пассивные дозиметры — измеряют дозу радиации, полученную работниками больниц и ускорителей элементарных частиц.
Некоторые материалы способны сохранять заряд, полученный в результате облучения, на протяжении длительного времени. Для проведения исследования были использованы редкоземельный металл празеодим и кристалл оксида иттрия. Авторы работы подчеркивают, что описанный в статье метод может быть применен и к другим материалам, используя оптические характеристики редкоземельных элементов. Исследование опубликовано в журнале Nanophotonics.
В отличие от дозиметров, которые обычно срабатывают под воздействием рентгеновского или гамма-излучения, новое устройство хранения данных активируется обычным ультрафиолетовым лазером. Лазер стимулирует лантаноиды, они высвобождают электроны. Электроны захватываются некоторыми дефектами кристалла оксида — пустотами на месте атома кислорода.
Ученым удалось контролировать процесс зарядки отдельных дефектов. Определив заряженный дефект как «единицу», а незаряженный — как «ноль», исследователи создали кристалл, способный служить устройством для хранения данных с высокой плотностью записи.