Ново предложение заимства от принципите на квантовата механика и техника, наречена „мултиплексиране на дължина на вълната“, за да се предположи нов ултра-плътен формат за съхранение.
Новото изследване моделира как светлината се разпространява в нанометров мащаб, за да разбере как енергията се движи между редкоземни излъчватели и квантовите дефекти в твърд материал. (Изображение: Cimmerian/Getty Images)
Учените предложиха нов тип устройство за съхранение на данни, което използва мощните свойства на квантовата механика.
Устройството с оптична памет с ултрависока плътност ще се състои от множество клетки с памет, всяка от които съдържа редкоземни елементи, вградени в твърд материал - в този случай кристали от магнезиев оксид (MgO). Редкоземните елементи излъчват фотони или частици светлина, които се абсорбират от близки "квантови дефекти" - празни места в кристалната решетка, съдържащи несвързани електрони, които се възбуждат от абсорбцията на светлина.
Настоящите методи за съхранение на оптична памет, като CD и DVD, са ограничени от границата на дифракция на светлината, което означава, че отделна част от данните, съхранени на устройството, не може да бъде по-малка от дължината на вълната на лазера, който чете и записва данните. Учените обаче предположиха, че оптичните дискове могат да съдържат повече данни в рамките на една и съща област, като използват техника, наречена "мултиплексиране на дължина на вълната", при която се използват леко различни дължини на вълната на светлината в комбинация.
Сега изследователите предполагат, че MgO може да бъде разпръснат с теснолентови излъчватели на редки земни елементи. Тези елементи излъчват светлина при определени дължини на вълните, които могат да бъдат плътно опаковани заедно. Учените публикуваха откритията си на 14 август в списанието Physical Review Research.
„Ние разработихме основната физика зад това как трансферът на енергия между дефекти може да лежи в основата на невероятно ефективен метод за оптично съхранение“, каза в изявление съавторът на изследването Джулия Гали, професор в Училището по молекулярно инженерство Прицкер към Университета на Чикаго.
Проучването моделира как светлината се разпространява в нанометров мащаб, за да разбере как енергията се движи между редкоземните излъчватели и квантовите дефекти в материала, както и как квантовите дефекти съхраняват уловената енергия, добави Гали.
Учените вече разбраха как квантовите дефекти в твърдите материали взаимодействат със светлината. Но те не са проучили как се променя поведението на квантовите дефекти, когато източникът на светлина е невероятно близо, като например теснолентови излъчватели на редки земни елементи, вградени на няколко нанометра (една милионна от милиметъра) разстояние.
Фотоните са много по-малки от конвенционалните лазерни фотони. За сравнение, фотоните от конвенционален оптичен или близък инфрачервен лазерен емитер обикновено са от 500 nm до 1 микрометър (една хилядна от милиметъра). Следователно, това ново изследване може да доведе до устройства за съхранение на данни с 1000 пъти по-голяма плътност от възможното преди.
Учените открили, че когато квантовите дефекти абсорбират тясната лента от енергия, излъчвана от близките редкоземни елементи, те се възбуждат от основното си състояние и се обръщат в състояние на въртене. Тъй като преходът на спиновото състояние е труден за обръщане, тези дефекти биха могли потенциално да съхраняват данни за полезен период - въпреки че ще е необходима допълнителна работа за измерване на това, каза ученият. Освен това теснолентовите излъчватели на редки земни елементи генерират по-малки дължини на вълните на светлината, което позволява по-плътен метод за съхранение на данни в сравнение с други оптични подходи.
Повечето базирани на квант технологии работят при почти абсолютна нула, което потиска декохерентността и дефазирането - корупцията и загубата на информация в квантовата система. За да бъде жизнеспособна технологията, базирана на това изследване, тя трябва да работи при стайна температура.
„За да започнем да прилагаме това към разработването на оптична памет, все още трябва да отговорим на допълнителни основни въпроси за това колко дълго остава това възбудено състояние и как четем данните“, каза съавторът Сварнабха Чатарадж, постдокторантски изследовател в Argonne National Laboratory, в изявлението. „Но разбирането на този процес на трансфер на енергия в близко поле е огромна първа стъпка.“
Източник за статията
Учените предложиха нов тип устройство за съхранение на данни, което използва мощните свойства на квантовата механика.
Устройството с оптична памет с ултрависока плътност ще се състои от множество клетки с памет, всяка от които съдържа редкоземни елементи, вградени в твърд материал - в този случай кристали от магнезиев оксид (MgO). Редкоземните елементи излъчват фотони или частици светлина, които се абсорбират от близки "квантови дефекти" - празни места в кристалната решетка, съдържащи несвързани електрони, които се възбуждат от абсорбцията на светлина.
Настоящите методи за съхранение на оптична памет, като CD и DVD, са ограничени от границата на дифракция на светлината, което означава, че отделна част от данните, съхранени на устройството, не може да бъде по-малка от дължината на вълната на лазера, който чете и записва данните. Учените обаче предположиха, че оптичните дискове могат да съдържат повече данни в рамките на една и съща област, като използват техника, наречена "мултиплексиране на дължина на вълната", при която се използват леко различни дължини на вълната на светлината в комбинация.
Сега изследователите предполагат, че MgO може да бъде разпръснат с теснолентови излъчватели на редки земни елементи. Тези елементи излъчват светлина при определени дължини на вълните, които могат да бъдат плътно опаковани заедно. Учените публикуваха откритията си на 14 август в списанието Physical Review Research.
„Ние разработихме основната физика зад това как трансферът на енергия между дефекти може да лежи в основата на невероятно ефективен метод за оптично съхранение“, каза в изявление съавторът на изследването Джулия Гали, професор в Училището по молекулярно инженерство Прицкер към Университета на Чикаго.
Проучването моделира как светлината се разпространява в нанометров мащаб, за да разбере как енергията се движи между редкоземните излъчватели и квантовите дефекти в материала, както и как квантовите дефекти съхраняват уловената енергия, добави Гали.
Учените вече разбраха как квантовите дефекти в твърдите материали взаимодействат със светлината. Но те не са проучили как се променя поведението на квантовите дефекти, когато източникът на светлина е невероятно близо, като например теснолентови излъчватели на редки земни елементи, вградени на няколко нанометра (една милионна от милиметъра) разстояние.
Фотоните са много по-малки от конвенционалните лазерни фотони. За сравнение, фотоните от конвенционален оптичен или близък инфрачервен лазерен емитер обикновено са от 500 nm до 1 микрометър (една хилядна от милиметъра). Следователно, това ново изследване може да доведе до устройства за съхранение на данни с 1000 пъти по-голяма плътност от възможното преди.
Учените открили, че когато квантовите дефекти абсорбират тясната лента от енергия, излъчвана от близките редкоземни елементи, те се възбуждат от основното си състояние и се обръщат в състояние на въртене. Тъй като преходът на спиновото състояние е труден за обръщане, тези дефекти биха могли потенциално да съхраняват данни за полезен период - въпреки че ще е необходима допълнителна работа за измерване на това, каза ученият. Освен това теснолентовите излъчватели на редки земни елементи генерират по-малки дължини на вълните на светлината, което позволява по-плътен метод за съхранение на данни в сравнение с други оптични подходи.
Повечето базирани на квант технологии работят при почти абсолютна нула, което потиска декохерентността и дефазирането - корупцията и загубата на информация в квантовата система. За да бъде жизнеспособна технологията, базирана на това изследване, тя трябва да работи при стайна температура.
„За да започнем да прилагаме това към разработването на оптична памет, все още трябва да отговорим на допълнителни основни въпроси за това колко дълго остава това възбудено състояние и как четем данните“, каза съавторът Сварнабха Чатарадж, постдокторантски изследовател в Argonne National Laboratory, в изявлението. „Но разбирането на този процес на трансфер на енергия в близко поле е огромна първа стъпка.“
Tags:
Наука