Optisk datalagringsgennembrud øger diamanternes kapacitet ved at omgå diffraktionsgrænsen

Fysikere ved City College i New York har udviklet en teknik med potentiale til at forbedre optisk datalagringskapacitet i diamanter. Dette er muligt ved at multiplekse lageret i det spektrale domæne. Forskningen udført af Richard G. Monge og Tom Delord, medlemmer af Meriles Group i CCNY's Division of Science, har titlen "Reversibel optisk datalagring under diffraktionsgrænsen" og vises i tidsskriftet Nature Nanotechnology .

"Det betyder, at vi kan gemme mange forskellige billeder på det samme sted i diamanten ved at bruge en laser af en lidt anden farve til at gemme forskellige oplysninger i forskellige atomer i de samme mikroskopiske pletter," sagde Delord, en postdoktoral forskningsmedarbejder ved CCNY. "Hvis denne metode kan anvendes på andre materialer eller ved stuetemperatur, kan den finde vej til computerapplikationer, der kræver lagring med høj kapacitet."

CCNY-forskningen fokuserede på et lille element i diamanter og lignende materialer, kendt som "farvecentre". Disse er dybest set atomare defekter, der kan absorbere lys og tjene som en platform for det, der kaldes kvanteteknologier.

"Det, vi gjorde, var at kontrollere den elektriske ladning af disse farvecentre meget præcist ved hjælp af en smalbåndet laser og kryogene forhold," forklarede Delord. "Denne nye tilgang tillod os i det væsentlige at skrive og læse bittesmå stykker data på et meget finere niveau end tidligere muligt, ned til et enkelt atom."

Optiske hukommelsesteknologier har en opløsning defineret af det, der kaldes "diffraktionsgrænsen", det vil sige den minimale diameter, som en stråle kan fokuseres til, som omtrent skaleres som halvdelen af ​​lysstrålens bølgelængde (for eksempel ville grønt lys have en diffraktionsgrænse på 270 nm).

"Så du kan ikke bruge en stråle som denne til at skrive med en opløsning, der er mindre end diffraktionsgrænsen, fordi hvis du forskyder strålen mindre end det, ville du påvirke det, du allerede skrev. Så normalt øger optiske hukommelser lagerkapaciteten ved at lave bølgelængden kortere (skifter til det blå), og derfor har vi 'Blu-ray'-teknologi," sagde Delord.

Det, der adskiller CCNY's optiske lagringstilgang fra andre, er, at den omgår diffraktionsgrænsen ved at udnytte de små farveændringer (bølgelængde), der eksisterer mellem farvecentre adskilt med mindre end diffraktionsgrænsen.

"Ved at indstille strålen til let forskudte bølgelængder, kan den holdes på den samme fysiske placering, men interagere med forskellige farvecentre for selektivt at ændre deres ladninger - det vil sige at skrive data med sub-diffraktionsopløsning," sagde Monge, en postdoktor ved CCNY, der var involveret i studiet som ph.d. studerende ved Graduate Center, CUNY.

Et andet unikt aspekt ved denne tilgang er, at den er reversibel. "Man kan skrive, slette og omskrive et uendeligt antal gange," bemærkede Monge. "Selvom der er nogle andre optiske lagringsteknologier, der også kan gøre dette, er dette ikke det typiske tilfælde, især når det kommer til høj rumlig opløsning. En Blu-ray-disk er igen et godt referenceeksempel - du kan skrive en film i den men du kan ikke slette den og skrive en anden."

Flere oplysninger: Richard Monge et al., Reversibel optisk datalagring under diffraktionsgrænsen, Nature Nanotechnology (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01542-9

Journaloplysninger: Naturenanoteknologi

Leveret af City College of New York