Les scientifiques ont proposé un nouveau type de périphérique de stockage de données qui exploite les puissantes propriétés de mécanique quantique.
Le dispositif de mémoire optique à ultra haute densité serait constitué de nombreuses cellules mémoire, chacune contenant éléments de terres rares incorporé dans un matériau solide – dans ce cas, des cristaux d’oxyde de magnésium (MgO). Les éléments des terres rares émettent des photons, ou particules de lumière, qui sont absorbés par des « défauts quantiques » proches – des lacunes dans le réseau cristallin contenant des électrons non liés, qui sont excités par l’absorption de la lumière.
Les méthodes actuelles de stockage de mémoire optique telles que les CD et les DVD sont limitées par la limite de diffraction de la lumière, ce qui signifie qu’une seule donnée stockée sur l’appareil ne peut pas être plus petite que la longueur d’onde du laser lisant et écrivant les données. Cependant, les scientifiques ont émis l’hypothèse que les disques optiques pourraient contenir plus de données dans la même zone en utilisant une technique appelée « multiplexage de longueur d’onde », dans laquelle des longueurs d’onde de lumière légèrement différentes sont utilisées en combinaison.
Aujourd’hui, les chercheurs proposent que MgO pourrait être entrecoupé d’émetteurs de terres rares à bande étroite. Ces éléments émettent de la lumière à des longueurs d’onde spécifiques, qui pourraient être densément regroupées. Les scientifiques ont publié leurs résultats le 14 août dans la revue Recherche sur l’examen physique.
« Nous avons élaboré les principes physiques de base sur lesquels le transfert d’énergie entre défauts pourrait être à la base d’une méthode de stockage optique incroyablement efficace », co-auteur de l’étude. Giulia Galliprofesseur à la Pritzker School of Molecular Engineering de l’Université de Chicago, a déclaré dans un déclaration.
L’étude a modélisé la façon dont la lumière se propage à l’échelle nanométrique pour comprendre comment l’énergie se déplace entre les émetteurs de terres rares et les défauts quantiques à l’intérieur du matériau, ainsi que la manière dont les défauts quantiques stockent l’énergie capturée, a ajouté Galli.
Les scientifiques ont déjà compris comment les défauts quantiques des matériaux solides interagissent avec la lumière. Mais ils n’avaient pas étudié comment le comportement des défauts quantiques change lorsque la source de lumière est incroyablement proche, comme les émetteurs de terres rares à bande étroite intégrés à quelques nanomètres (un millionième de millimètre).
Les photons sont beaucoup plus petits que les photons laser classiques. À titre de comparaison, les photons provenant d’un émetteur laser optique ou proche infrarouge classique ont tendance à mesurer entre 500 nm et 1 micromètre (un millième de millimètre). Par conséquent, cette nouvelle recherche pourrait conduire à des dispositifs de stockage de données 1 000 fois plus denses qu’auparavant.
Les scientifiques ont découvert que lorsque les défauts quantiques absorbaient la bande étroite d’énergie émise par les éléments des terres rares à proximité, ils étaient excités par rapport à leur état fondamental et basculaient dans un état initial. état de rotation. Comme la transition d’état de spin est difficile à inverser, ces défauts pourraient potentiellement stocker des données pendant une période utile – bien que des travaux supplémentaires soient nécessaires pour mesurer cela, a déclaré le scientifique. De plus, les émetteurs de terres rares à bande étroite génèrent des longueurs d’onde de lumière plus petites, ce qui permet une méthode de stockage de données plus dense que d’autres approches optiques.
La plupart des technologies quantiques fonctionnent à une distance proche zéro absoluqui supprime la décohérence et le déphasage – la corruption et la perte d’informations dans un système quantique. Pour que la technologie basée sur ces recherches soit viable, il faudrait qu’elle fonctionne à température ambiante.
« Pour commencer à appliquer cela au développement de la mémoire optique, nous devons encore répondre à des questions fondamentales supplémentaires sur la durée pendant laquelle cet état excité persiste et sur la manière dont nous lisons les données », co-auteur Swarnabha Chattarajchercheur postdoctoral au Laboratoire national d’Argonne, a déclaré dans le communiqué. « Mais comprendre ce processus de transfert d’énergie en champ proche est une première étape importante. »