Amerikas pētnieki ir izstrādājuši veidu, kā uzglabāt un nolasīt datus no atsevišķiem atomiem, kas iekļauti nelielos kristālos, kuru izmērs ir daži milimetri.
Šīs tehnoloģijas paplašināšana drīz varētu pavērt ceļu uz ļoti blīvām datu uzglabāšanas sistēmām, kas spēj saglabāt petabaitus informācijas vienā diskdzinī. 1 petabaits ir aptuveni 5 tūkstoši 4K izšķirtspējas filmu.
Datu kodēšana vienībās un nullēs ir kļuvusi populāra kopš datoru tehnoloģiju attīstības sākumiem. Taču, ja agrāk tas tika veikts izmantojot elektroncaurules, sīkus tranzistorus un kompaktdiskus, uz kuru virsmas iepriekš bija iegravētas vienības, bet gludās daļas - nulles, pašreiz pētnieki vērš uzmanību uz kvantu fizikas tehnoloģijām.
Jaunajā izstrādē pētnieki izmantoja elektronu, kas iesprūdis kristāla defektā, lai pārstāvētu vienību, kamēr elektrona trūkums pārstāv nulli. Tādējādi zinātnieki ir apvienojuši cieto ķermeņu fiziku ar datu uzglabāšanas tehnoloģijām kvantu līmenī.
Tehnoloģijas efektivitāte tiek nodrošināta, izmantojot lāzera starojumu ar noteiktu enerģijas daudzumu, kas izraisa elektrona uzbudinājuma stāvokli. Šajā brīdī nolasīšanas ierīce reģistrē gaismas klātbūtni. Gaismas trūkums norāda uz elektrona trūkumu. Šī metode efektīvi darbojas tikai, ja kristālā ir atbilstoši defekti, piemēram, skābekļa vakances un svešķermeņi, kas kristālu pārvērš par pusvadītāju.
«Šie defekti piešķir ļoti labas īpašības. Viens no tiem ir spēja saglabāt lādiņu», — skaidro pētījuma vadītājs, Čikāgas universitātes fizikas pētnieks Leonardo Franca.
Pētnieki izmantoja retzemju metālu jonus kā piedevu, lai mainītu materiāla īpašības. Galvenais bija veids, kā uzbudināt elektronu ar retzemju metāla jonu, lai to saglabātu.
«Mums jānodrošina pietiekams enerģijas daudzums, lai atbrīvotu elektronu no retzemju jona, un defekts — apkārtējais defekts — uz to reaģēs. Tā jūs uztverat elektronu ar savu elektrisko lauku. Tas ir daļa no ieraksta», — ievēroj Leonardo Franca.
Pēc tam sākas datu nolasīšana. Franca norāda, ka nepieciešams izmantot citu gaismas avotu, lai atbrīvotu elektronu no defekta, kas noved pie lādiņu pārdalīšanas un gaismas starojuma.
Kādas problēmas joprojām paliek uz ceļa līdz modernu datu uzglabāšanas ierīču izveidei
Viena no galvenajām problēmām šajā tehnoloģijā ir tāda, ka dati tiek izdzēsti informācijas nolasīšanas procesā. Leonardo Franca norāda, ka daļējs risinājums būtu samazināt gaismas daudzumu, kas ļauj ierobežot datu zudumu.
Pēc viņa teiktā, informācija laika gaitā izzustu, līdzīgi kā dati, kas tiek saglabāti lentēs 10-30 gadu laikā.
Pētnieki izmantoja retzemju elementu praziodimu un itrija oksīda kristālu. Tomēr ar tādu pašu panākumu varētu izmantot citus kristālus, kuri nav retzemju elementi ar citām piedevām. Retzemju elementu priekšrocība ir iepriekš zināmi viļņa garumi, kas ļauj elektronu uzbudināt ar tradicionāliem lāzeriem.
Primārais zinātnieku mērķis bija izmantot atsevišķus atomus, kas iekļauti kristālos, tomēr tas vēl nav sasniegts. Leonardo Franca uzskata, ka izstrādātāji tagad ir uz pareizā ceļa.
Zinātnieks uzsvēra, ka interese par turpmākiem pētījumiem ir saistīta ar iespēju paplašināt tehnoloģiju, kas pēc tam varētu novest pie zemo izmaksu datu uzglabāšanas ierīču izveides lielā apjomā. Laba lieta tajā ir tā, ka aprēķini ar lāzeru tehnoloģijām ir labi izpētīti un nav pārāk dārgi.
Atbilstošo kristālu ražošanas paplašināšana arī solās būt ekonomiski izdevīga. Tas ļauj ietaupīt līdzekļus retzemju elementu iegādei un defektu vadības attīstīšanai kristālos. Ja esošās problēmas tiks atrisinātas, kristālu varēs izveidot diska formā.
«Mūsu kristālā, kur ir aptuveni 40 mm³, mēs varētu uzglabāt vairākus simtus terabaitu», — uzsvēra Leonardo Franca.
Pēc viņa aprēķiniem, pašreizējais pieejamais apjoms ir aptuveni 260 terabaiti. Izstrādātājs piebilda, ka defektu blīvumu var viegli palielināt Tas, protams, ļauj uzglabāt petabaitus datu uz vienas ierīces, kas ir līdzīga diska izmēram.
Raksts publicēts žurnālā Nanophotonics
Avots: LiveScience
Komentāri (0)
Šobrīd nav neviena komentāra