Les scientifiques ont conçu un moyen de stocker et de lire les données d’atomes individuels intégrés dans de minuscules cristaux seulement de quelques millimètres (où 1 mm mesure 0,04 pouces). S’il est étendu, cela pourrait un jour conduire à des systèmes de stockage à ultra-haute densité capables de maintenir des pétaoctets de données sur un seul disque – où 1 PB équivaut à environ 5 000 films 4K.
Encoder les données en 1 et 0s est aussi ancienne que l’ensemble Histoire de l’informatiquela seule différence étant le support utilisé pour stocker ces données – se déplaçant à partir de tubes à vide clignotant et désactivés, de minuscules transistors électroniques, ou même des disques compacts (CD), avec des fosses dans la surface représentant 1s et une douceur indiquant 0.
La chasse est maintenant en cours pour un stockage de données encore plus dense, ce qui conduit les scientifiques au monde subatomique. Dans une nouvelle étude publiée le 14 février dans la revue Nanophotoniqueles chercheurs ont utilisé un électron piégé par un défaut dans un cristal pour représenter un 1 avec l’absence d’un électron piégé indiquant 0.
Les travaux ont été inspirés par des techniques quantiques, ont déclaré les scientifiques. En particulier, ils ont intégré la physique à l’état solide appliqué à la dosimétrie des rayonnements avec un groupe de recherche travaillant fortement dans le stockage quantique – mais ce travail spécifique crée une mémoire de calcul classique.
La technologie fonctionne en brillant un laser avec une quantité spécifique d’énergie qui excitera un électron. À ce stade, un dispositif de lecture peut enregistrer la présence de lumière. Aucun léger ne signifie aucun électron piégé.
Cela ne fonctionne que lorsque les cristaux incluent des défauts, tels qu’une vacance en oxygène ou une impureté étrangère. « Ces défauts présentent de très belles caractéristiques », premier auteur de l’étude, Leonardo Françachercheur postdoctoral en physique de l’Université de Chicago, a déclaré à Live Science. « L’un d’eux est la possibilité de stocker les charges. »
Sachant cela, l’équipe a utilisé des ions de terres rares comme des dopants – des impuretés ajoutées à un matériau pour modifier ses propriétés – avec la clé qui se trouvait pour concevoir un moyen d’exciter un électron à partir d’un ion de terres rares spécifiques pour qu’il soit ensuite piégé. Si vous imaginez comment un CD fonctionne, cela équivaudrait à la création d’une fosse.
« Nous devons fournir suffisamment d’énergie pour libérer un électron d’un ion de terres rares et le défaut – un défaut à proximité – le sentira », a déclaré França. « Donc, vous capturez l’électron par un champ électrique intrinsèque. C’est la partie d’écriture. »
Ensuite, vous venez de lire les données. « Fondamentalement, vous devez utiliser une autre source lumineuse afin que l’électron soit libéré du défaut », a déclaré França. « Et cela conduit à une recombinaison des charges, et cela conduit à des émissions de lumière. »
Construire le stockage de données du futur
Si le processus fonctionnait exactement comme celui-ci, les données seraient effacées à chaque fois qu’elle était lue, mais l’utilisation de quantités de lumière inférieures ne ferait que « effacer les informations partiellement », a déclaré França. Donc, cela s’estomperait avec le temps, de la même manière que les données conservées dans les bandes s’estompent sur 10 à 30 ans.
Alors que l’équipe a utilisé l’élément rare terreux praseodymium et un cristal d’oxyde d’yttrium, l’œuvre pourrait également s’étendre à d’autres cristaux d’élément de terre non rare avec d’autres non-dotants. Mais les éléments de terres rares ont l’avantage de fournir des longueurs d’onde connues et spécifiques qui nous permettent d’exciter des électrons à l’aide de lasers standard.
L’objectif initial des chercheurs était de traiter les atomes individuels. Ils n’ont pas encore atteint cet objectif, mais França pense que la technique que l’équipe a pionnière les met sur la bonne voie.
L’appétit pour des recherches supplémentaires est attribué à l’évolution de cette technologie, inaugurant potentiellement les formats de stockage à faible coût et à haute densité à l’avenir pour diverses applications, a déclaré França.
La bonne nouvelle est que le côté optique et laser de l’équation est déjà bien compris et bon marché. De même, le cristal coûterait peu d’argent à produire à grande échelle. Cela laisse le coût de l’acquisition des éléments de terres rares et de la conception d’un moyen d’introduire des défauts à l’aide de méthodes de fabrication de masse.
Si ces obstacles peuvent être surmontés, le cristal pourrait être fabriqué sous forme de disque, a-t-il ajouté et lu par des lecteurs bon marché. La dernière question serait de savoir à quel point vous pouvez stocker densément les données sur un disque hypothétique.
« Dans notre cristal, où nous avons environ 40 mm3 (0,002 pouces cubes), nous avons pu stocker quelques centaines de téraoctets », a déclaré França à Live Science. Après avoir effectué des calculs, il a mis le chiffre à environ 260 To.
Ce chiffre est basé sur le cristal que les scientifiques ont étudié, mais França voit un avenir dans lequel vous pourriez facilement augmenter la densité des défauts. Cela conduit naturellement à la possibilité de PBS de données stockées sur un seul appareil de la taille d’un disque.
