科學(xué)家們提出了一種利用量子力學(xué)的強(qiáng)大特性的新型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備。

這種超高密度光存儲(chǔ)設(shè)備將由許多存儲(chǔ)單元組成，每個(gè)存儲(chǔ)單元都包含嵌入固體材料的稀土元素 —— 在這種情況下，是氧化鎂(MgO)晶體。稀土元素釋放出光子或光粒子，這些光子被附近的“量子缺陷”吸收 —— 晶格中含有未成鍵電子的空位，被光吸收激發(fā)。

目前的光存儲(chǔ)器存儲(chǔ)方法，如CD和DVD，受到光的衍射極限的限制，這意味著存儲(chǔ)在設(shè)備上的單個(gè)數(shù)據(jù)不能小于讀取和寫入數(shù)據(jù)的激光的波長(zhǎng)。然而，科學(xué)家們假設(shè)，通過(guò)使用一種稱為“波長(zhǎng)復(fù)用”的技術(shù)，將稍微不同波長(zhǎng)的光組合在一起，光盤就可以在同一區(qū)域內(nèi)容納更多的數(shù)據(jù)。

現(xiàn)在，研究人員提出MgO可以與窄帶稀土發(fā)射體穿插在一起。這些元素發(fā)出特定波長(zhǎng)的光，這些光可以密集地聚集在一起?？茖W(xué)家們?cè)?月14日的《物理評(píng)論研究》雜志上發(fā)表了他們的研究結(jié)果。

芝加哥大學(xué)普利茲克分子工程學(xué)院教授、該研究的合著者朱利亞·加利在一份聲明中說(shuō)：“我們研究出了缺陷之間能量轉(zhuǎn)移背后的基本物理原理，這可能是一種令人難以置信的高效光存儲(chǔ)方法的基礎(chǔ)?！?

加利補(bǔ)充說(shuō)，這項(xiàng)研究模擬了光如何在納米尺度上傳播，以了解能量如何在稀土發(fā)射器和材料中的量子缺陷之間移動(dòng)，以及量子缺陷如何存儲(chǔ)捕獲的能量。

科學(xué)家們已經(jīng)了解了固體材料中的量子缺陷是如何與光相互作用的。但是他們還沒(méi)有研究當(dāng)光源非常近的時(shí)候，比如窄帶稀土發(fā)射器嵌入幾納米(百萬(wàn)分之一毫米)的時(shí)候，量子缺陷的行為是如何變化的。

光子比傳統(tǒng)的激光光子小得多。相比之下，來(lái)自傳統(tǒng)光學(xué)或近紅外激光發(fā)射器的光子往往是500納米到1微米(千分之一毫米)。因此，這項(xiàng)新研究可能會(huì)使數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備的密度比以前高1000倍。

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)量子缺陷吸收了附近稀土元素發(fā)出的窄帶能量時(shí)，它們從基態(tài)被激發(fā)并翻轉(zhuǎn)成自旋態(tài)。由于自旋態(tài)轉(zhuǎn)變很難逆轉(zhuǎn)，這些缺陷可能會(huì)在一段有用的時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)數(shù)據(jù) —— 盡管需要進(jìn)一步的工作來(lái)測(cè)量，這位科學(xué)家說(shuō)。此外，窄帶稀土發(fā)射器產(chǎn)生更小波長(zhǎng)的光，這使得數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法比其他光學(xué)方法更密集。

大多數(shù)基于量子的技術(shù)在接近絕對(duì)零度的條件下運(yùn)行，這抑制了退相干和去相 —— 量子系統(tǒng)中信息的損壞和丟失。為了使基于這項(xiàng)研究的技術(shù)可行，它需要在室溫下運(yùn)行。

“為了開始將其應(yīng)用于光存儲(chǔ)器的開發(fā)，我們?nèi)匀恍枰卮痍P(guān)于這種激發(fā)態(tài)持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間，以及我們?nèi)绾巫x取數(shù)據(jù)的其他基本問(wèn)題，”美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Argonne National Laboratory）的博士后研究員Swarnabha Chattaraj在聲明中說(shuō)?！暗私膺@種近場(chǎng)能量轉(zhuǎn)移過(guò)程是重要的第一步?！?