| 0 |
|
Дослідники Пріцкерської школи молекулярної інженерії Чиказького університету (UChicago PME) розробили методику створення бінарної інформації з дефектів кристала, кожен з яких розміром з окремий атом, для використання в класичній комп'ютерній пам'яті. Їхнє дослідження опубліковано в журналі Nanophotonics.
«Кожна комірка пам'яті - це один атом, якого бракує, - один дефект», - каже доцент кафедри PME Університету Чикаго Тянь Чжун (Tian Zhong). «Тепер ви можете упакувати терабайти бітів у невеликий кубик матеріалу розміром лише в міліметр».
Ця інновація - справжній приклад міждисциплінарних досліджень UChicago PME: використання квантових технологій для революції в класичних, неквантових комп'ютерах та перетворення досліджень у сфері радіаційних дозиметрів - найбільш відомих як пристрої, що реєструють кількість радіації, на революційні мікроелектронні сховища пам'яті.
«Ми знайшли спосіб об'єднати фізику твердого тіла, що застосовується в радіаційній дозиметрії, з дослідницькою групою, що активно працює у квантовій галузі, хоча наша робота не зовсім квантова», - каже перший автор Леонардо Франса (Leonardo França), постдокторський дослідник у лабораторії Чжуна. «Існує попит на людей, які займаються дослідженнями квантових систем, але водночас є попит на поліпшення місткості класичних енергонезалежних запам'ятовувальних пристроїв. Саме на цьому стику між квантовими та оптичними системами зберігання даних і заснована наша робота».
Дослідження почалося під час здобуття Леонардо Франса ступеня доктора філософії в Університеті Сан-Паулу в Бразилії, де він вивчав радіаційні дозиметри.
«У лікарнях і прискорювачах частинок, наприклад, необхідно відстежувати, якої дози радіації зазнають люди», - каже Франса. «Є матеріали, які мають здатність поглинати радіацію і зберігати цю інформацію протягом певного часу».
Незабаром він захопився тим, як за допомогою оптичних методів можна маніпулювати цією інформацією і «зчитувати» її.
«Коли кристал поглинає достатню кількість енергії, він вивільняє електрони та дірки. І ці заряди захоплюються дефектами», - відмітив Леонардо Франса. «Ми можемо зчитувати цю інформацію. Ви можете звільнити електрони, а ми можемо зчитувати інформацію оптичними засобами».
Незабаром Леонардо Франса побачив потенціал для зберігання пам'яті. Він переніс цю неквантову роботу у квантову лабораторію Чжуна, щоб створити міждисциплінарну інновацію, що використовує квантові методи для створення класичної пам'яті.
«Ми створюємо новий тип мікроелектронного пристрою, технологію, натхненну квантами», - зазначає Тянь Чжун.
Щоб створити нову техніку зберігання пам'яті, команда додала в кристал рідкісноземельні іони - групи елементів, також відомих як лантаніди.
Зокрема, вони використовували рідкісноземельний елемент празеодим і кристал оксиду ітрію, але описаний ними процес можна застосовувати з різними матеріалами, використовуючи переваги потужних і гнучких оптичних властивостей рідкісноземельних елементів.
«Добре відомо, що рідкісноземельні метали мають специфічні електронні переходи, що дає змогу вибирати певні довжини хвиль лазерного збудження для оптичного контролю, від ультрафіолетового до ближнього інфрачервоного режимів», - повідомив Леонардо Франса.
На відміну від дозиметрів, які зазвичай активуються рентгенівським або гамма-випромінюванням, тут запам'ятовувальний пристрій активується простим ультрафіолетовим лазером. Лазер стимулює лантаніди, які, своєю чергою, вивільняють електрони. Електрони затримуються деякими дефектами кристала оксиду, наприклад, окремими пробілами в структурі, де має бути один атом кисню, але його немає.
«Неможливо знайти кристали - у природі або в штучних кристалах - які не мали б дефектів», - наголосив Леонардо Франса. «Тому ми використовуємо ці дефекти у своїх інтересах».
Хоча ці дефекти в кристалах часто використовуються у квантових дослідженнях, заплутуючись для створення «кубітів» у дорогоцінному камінні - від витягнутого алмазу до шпінелі, - команда PME з Університету Чикаго знайшла їм інше застосування. Вони змогли визначити, коли дефекти заряджені, а коли ні. Позначивши заряджений люз як «одиницю», а незаряджений - як «нуль», вони змогли перетворити кристал на потужний запам'ятовувальний пристрій у масштабах, небачених у класичних обчисленнях.
«Ми показали, що в цьому міліметровому кубику міститься щонайменше мільярд таких запам'ятовувальний пристроїв - класичних, традиційних - заснованих на атомах», - заявив Тянь Чжун.
| 0 |
|
