Квантовата механика помогна за изобретяването на оптична памет с невъобразима плътност

Екип от учени от САЩ е успял да съчетае квантовомеханичната теория и цифровия запис, проправяйки пътя към потенциално свръхплътна оптична памет. Записът се извършва от излъчватели с атомни размери, вградени в самата памет, а клетките за съхраняване на информация са множество дефекти в атомната структура на паметта.

Всичко това е съчетано с контролирана промяна на квантовите състояния на дефектите, като представлява смесица от класическа и квантова физика.

Физици от Националната лаборатория „Argon“ към Министерството на енергетиката на САЩ и Училището по молекулярно инженерство „Pritzker“ към Чикагския университет провеждат изследванията и разработват модели на изследваните явления. Първоначално те извършили моделиране и прогнозирали възможните резултати и едва след това провели експерименти. Извършената от учените работа е новаторска в много отношения. Никой досега не е изследвал въпроса как ще се държат дефектите в атомната структура на твърдите материали, ако в съседство с тях се поставят енергийни излъчватели (фотони) с достъпност до нанометри. Всъщност това е физика в близко поле, която не е лесна за изучаване и най-вече поради появата на всевъзможни квантови ефекти.

„Разработихме фундаменталната физика, която стои зад това как преносът на енергия между дефекти може да бъде в основата на невероятно ефективен метод за оптично съхранение. Това изследване илюстрира важността на изучаването на основните принципи и квантовомеханичните теории за осветляване на нововъзникващи технологии.

казва Джулия Гали, професор в Чикагския университет и старши научен сътрудник в Националната лаборатория Argon

Ако разгледаме например оптичните дискове, минимално допустимото място за запис би било ограничено от дифракционната граница на оптичната система и не би могло да бъде по-малко от дължината на вълната на записващия лазер.

Учените предложиха материалът да се насити с атоми на редкоземни елементи, които се различават по това, че са в състояние да излъчват отново светлината, попадаща върху тях в по-тесен диапазон и с други дължини на вълната. По този начин е възможно да се създаде материал с безброй записващи „лазери“ в него, всеки от които би бил с размерите на атом.

По подобен начин материалът може да бъде изпълнен със записващи клетки, които биха били дефекти в кристалната структура. При наличие на достатъчно редкоземни атоми и дефекти, повечето от тях биха били на разстояние един от друг в рамките на нанометри. Същността на откритието се състои в това, че излъчвателите от редкоземни елементи (по-точно – преизлъчвателите) необратимо или за много дълго време променят квантовите състояния на дефектите в съседство (прехвърлят ги от синглетно в триплетно състояние).

Това е памет, работеща в оптичния диапазон и то много плътна памет – на нивото на атомната структура.

Учените предупреждават, че все още слабо представят много от механизмите на подобна памет, но не се съмняват, че това е интересен и обещаващ начин да се отговори на нуждите на човечеството в областта на съхранението на цифровите архиви.