Терабайты в кристалле: что нашли физики в микроскопических дефектах

Можно ли упаковать терабайты данных в кристалл размером с миллиметр? Теперь — да. Ученые из Притцкеровской школы молекулярной инженерии Университета Чикаго нашли способ, как использовать мельчайшие дефекты в кристалле для сверхплотной записи информации.

Кристаллы с "памятью"

В основе открытия — кристаллические дефекты, каждый из которых не превышает размер атома. Оказалось, что они могут быть не просто структурными особенностями материала, а ячейками памяти. Если дефект можно зарядить или оставить нейтральным, его уже можно обозначить как "1" или "0". А значит — использовать как носитель информации.

"Каждая ячейка памяти — это один отсутствующий атом, один дефект. Теперь можно упаковать терабайты данных в маленький кубик материала размером всего один миллиметр", — делится доцент Тянь Чжун из UChicago PME.

Квантовая физика + классические технологии

Команда ученых объединила подходы квантовых технологий с физикой твердого тела. Они использовали оксид иттрия (Y₂O₃), легированный празеодимом — редкоземельным элементом. Под воздействием энергии в кристалле высвобождаются электроны и создаются положительные "дырки". Эти заряженные частицы захватываются кристаллическими дефектами и становятся носителями данных.

Дешевле и проще, чем кажется

Принцип записи информации аналогичен тому, как работают пассивные дозиметры — устройства, измеряющие уровень радиации. Но в отличие от них, в этой технологии используется не ионизирующее излучение, а обычный ультрафиолетовый лазер. Он возбуждает ионы лантаноидов, высвобождая электроны, которые затем фиксируются в "пустых" местах кристалла — на месте кислорода.

Почему это важно

Ученые научились контролировать, какие дефекты заряжаются, а какие — нет. Благодаря этому они смогли "программировать" кристалл. Технология не только позволяет добиться высокой плотности записи, но и потенциально совместима с другими материалами, обладающими подходящими оптическими свойствами.

Уточнения

А́том (от др.-греч. ἄτομος "неделимый, неразрезаемый") — частица вещества микроскопических размеров и массы, наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его химических свойств.