Fysiker vid City College i New York har utvecklat en teknik med potential att förbättra optisk datalagringskapacitet i diamanter. Detta är möjligt genom att multiplexera lagringen i den spektrala domänen. Forskningen av Richard G. Monge och Tom Delord, medlemmar av Meriles Group i CCNY:s Division of Science, har titeln "Reversibel optisk datalagring under diffraktionsgränsen" och förekommer i tidskriften Nature Nanotechnology .
"Det betyder att vi kan lagra många olika bilder på samma ställe i diamanten genom att använda en laser med lite olika färg för att lagra olika information i olika atomer i samma mikroskopiska fläckar", säger Delord, en postdoktor vid CCNY. "Om den här metoden kan tillämpas på andra material eller vid rumstemperatur, kan den hitta sin väg till datorapplikationer som kräver lagring med hög kapacitet."
CCNY-forskningen fokuserade på ett litet element i diamanter och liknande material, känt som "färgcentra". Dessa är i grund och botten atomära defekter som kan absorbera ljus och fungera som en plattform för vad som kallas kvantteknologi.
"Vad vi gjorde var att kontrollera den elektriska laddningen av dessa färgcentra mycket exakt med hjälp av en smalbandig laser och kryogena förhållanden," förklarade Delord. "Det här nya tillvägagångssättet gjorde det möjligt för oss att i huvudsak skriva och läsa små bitar av data på en mycket finare nivå än tidigare möjligt, ner till en enda atom."
Teknik för optisk minne har en upplösning som definieras av vad som kallas "diffraktionsgränsen", det vill säga den minsta diameter som en stråle kan fokuseras på, som ungefär skalar som halva ljusstrålens våglängd (till exempel skulle grönt ljus ha en diffraktionsgräns på 270 nm).
"Så, du kan inte använda en stråle som denna för att skriva med en upplösning som är mindre än diffraktionsgränsen, för om du förskjuter strålen mindre än så skulle du påverka det du redan skrev. Så normalt ökar optiska minnen lagringskapaciteten genom att göra våglängden kortare (växling till det blå), vilket är anledningen till att vi har "Blu-ray"-teknik", sa Delord.
Det som skiljer CCNY:s optiska lagringsmetod från andra är att den kringgår diffraktionsgränsen genom att utnyttja de små färg (våglängds) förändringar som finns mellan färgcentra separerade med mindre än diffraktionsgränsen.
"Genom att ställa in strålen till något förskjutna våglängder kan den hållas på samma fysiska plats men interagera med olika färgcentra för att selektivt ändra deras laddningar - det vill säga att skriva data med sub-diffraktionsupplösning", säger Monge, postdoktor vid CCNY som var involverad i studien som Ph.D. student vid Graduate Center, CUNY.
En annan unik aspekt av detta tillvägagångssätt är att det är reversibelt. "Man kan skriva, radera och skriva om ett oändligt antal gånger," noterade Monge. "Även om det finns andra optiska lagringstekniker som också kan göra detta, är detta inte det typiska fallet, särskilt när det gäller hög rumslig upplösning. En Blu-ray-skiva är återigen ett bra referensexempel - du kan skriva en film i den men du kan inte radera den och skriva en till."
Mer information: Richard Monge et al, Reversibel optisk datalagring under diffraktionsgränsen, Nature Nanotechnology (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01542-9
Journalinformation: Nanoteknik
Tillhandahålls av City College of New York
