Badacze chcą wskrzesić nośniki optyczne. Pomóc ma mieszanka pierwiastków i defektów kwantowych

Jak możemy przeczytać na stronie laboratorium Argonne, naukowcy znaleźli sposób na „połączenie fizyki klasycznej z modelowaniem kwantowym, aby pokazać, w jaki sposób pierwiastki ziem rzadkich i defekty w ciałach stałych mogą współdziałać w celu przechowywania optycznie zakodowanych danych klasycznych”. Co to oznacza? Ano to, że nie powinniśmy jeszcze w pełni skreślać nośników optycznych. Mimo to do pomysłu ich ponownego przywrócenia do łask należy podchodzić z pewnym dystansem, jako że pogłoski o wskrzeszeniu wszelkiej maści płyt nie są niczym nowym.

Czy płyty powrócą?

Efektem połączonych wysiłków badaczy Narodowego Laboratorium Argonne Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych oraz Szkoły Inżynierii Molekularnej Uniwersytetu Chicago jest potencjalny nowy rodzaj pamięci, która umożliwia przenoszenie danych optycznych z pierwiastka ziem rzadkich osadzonego w stałym materiale do pobliskiego defektu kwantowego. Brzmi abstrakcyjnie? Aby pomóc zobrazować swój pomysł, naukowcy przygotowali następujący diagram:

W trakcie badania zwrócono uwagę na fakt, że znaczna część metod przechowywania danych w pamięciach optycznych była ograniczona przez limit dyfrakcji światła, a pojedynczy punkt danych nie może być mniejszy niż długość fali lasera zapisującego i odczytującego informacje na nośniku. Zaradzić tej bolączce miałoby zwiększenie gęstości bitowej optycznej pamięci masowej poprzez osadzenie wielu emiterów ziem rzadkich w materiale oraz zastosowanie fal świetlnych o odmiennej długości.

Opracowaliśmy podstawową fizykę stojącą za tym, w jaki sposób transfer energii między defektami może leżeć u podstaw niezwykle wydajnej metody optycznego przechowywania danych. Badania te ilustrują znaczenie eksploracji pierwszych zasad i teorii mechaniki kwantowej w celu oświetlenia nowych, powstających technologii.

Aby zrozumieć zasady rządzące przenoszeniem energii między emiterami a defektami, zespół naukowców zdecydował się przygotować modele teoretyczne poprzez połączenie „teorii struktury elektronowej z pierwszych zasad w celu mapowania stanów absorpcyjnych defektów z teoriami mechaniki kwantowej w celu modelowania propagacji światła w skali nanometrów”.

Badacze zaobserwowali, że defekty kwantowe stawały się wzbudzone ze stanu podstawowego i odwracały swój stan spinowy w momencie absorpcji wąskiego pasma energii z pobliskich atomów. Co więcej, przejście stanu spinowego jest trudne do odwrócenia, a to zdaje się sugerować, że defekty mają możliwość przechowywania informacji przez naprawdę długi czas. Na korzyść takiego systemu zapisu informacji przemawia także to, że niewielki rozmiar defektów i mniejsze długości fal światła emitowanego przez wąskopasmowe emitery ziem rzadkich zapewniają gęstszą metodę przechowywania danych niż poznane dotychczas pozostałe metody optyczne.

Z pełną treścią badania pod wodzą Giulii Galli, Swarnabhy Chattaraj oraz Supratika Guhy możecie zapoznać się w tym miejscu.