نقص‌های کوانتومی و منتشرکنندگان عناصر خاکی کمیاب می‌توانند تراکم ذخیره‌سازی داده‌های نوری را افزایش دهند
پژوهشگرانی از آزمایشگاه ملی آرگون وزارت انرژی ایالات متحده و دانشکده مهندسی مولکولی پرایتزکر دانشگاه شیکاگو روشی جدید برای ذخیره‌سازی حافظه نوری پیشنهاد کرده‌اند.
این روش جدید شامل انتقال داده‌های نوری با استفاده از یک عنصر خاکی کمیاب به یک نقص کوانتومی، که نوع خاصی از نقص در یک ماده جامد است، می‌باشد.
گیولیا گالی، دانشمند ارشد آرگون و استاد خانواده لیو در PME اظهار داشت: «ما فیزیک پایه‌ای چگونگی انتقال انرژی بین نقص‌ها که می‌تواند اساس یک روش ذخیره‌سازی نوری فوق‌العاده کارآمد باشد را مورد مطالعه قرار دادیم.»
نیاز رو به رشد برای ذخیره‌سازی داده‌ها
با توجه به افزایش حجم داده‌های دیجیتال در سطح جهان، نیاز مداومی به فناوری‌های نوآورانه ذخیره‌سازی وجود دارد.
یکی از فناوری‌های نویدبخش استفاده از دستگاه‌های حافظه نوری است که از نور برای مدیریت داده‌ها بهره می‌برد. این دستگاه‌ها به دلیل پتانسیل افزایش دوام، سرعت و کارایی انرژی جذاب هستند.
اما فناوری‌های موجود ذخیره‌سازی نوری مانند CD و DVD به دلیل محدودیت پراش نور محدود شده‌اند که به آن‌ها اجازه نمی‌دهد اندازه یک نقطه داده را از حدی کاهش دهند.
روش جدید با استفاده از تعداد زیادی منتشرکننده‌های خاکی کمیاب در یک ماده، این محدودیت را هدف گرفته است. این منتشرکننده‌ها از طول‌موج‌های کمی متفاوت نور برای ذخیره‌سازی داده‌های بیشتر در همان فضا استفاده می‌کنند.
بررسی نقص‌های کوانتومی برای ذخیره‌سازی داده‌ها
این پژوهش بررسی کرد که چطور نقص‌های کوانتومی نور را از منتشرکننده‌های خاکی کمیاب مجاور جذب می‌کنند. مشاهده شد که وقتی این نقص‌ها انرژی را جذب می‌کنند، نه تنها برانگیخته می‌شوند بلکه حالت اسپین خود را تغییر می‌دهند، تغییری که سخت به حالت اولیه بازمی‌گردد. این ویژگی نشان می‌دهد که این روش ممکن است توانایی‌های ذخیره‌سازی داده‌های طولانی‌مدت را ارائه دهد.
«علاوه بر این، به دلیل طول‌موج‌های کوچکتر نور منتشر شده توسط منتشرکننده‌های خاکی کمیاب باند باریک و همچنین اندازه کوچک نقص‌ها، سیستم ممکن است روشی برای ذخیره‌سازی داده‌ها با تراکم بالاتر نسبت به روش‌های نوری دیگر ارائه دهد»، بیانیه مطبوعاتی اشاره کرد.
با استفاده از طول‌موج‌های مختلف نور برای هر منتشرکننده، که به عنوان ترکیب طول‌موج شناخته می‌شود، ممکن است داده‌های بیشتری در همان ناحیه ذخیره شود، پژوهشگران اعلام کردند.
مدل‌سازی و چارچوب نظری
پژوهشگران مدل‌هایی از مواد با منتشرکننده‌های خاکی کمیاب باند باریک ایجاد کردند تا روش خود را آزمایش کنند. این مواد دارای اتم‌هایی هستند که نور را در طول‌موج‌های خاص و باریکی جذب و منتشر می‌کنند که سپس توسط نقص‌های کوانتومی مجاور جذب می‌شود.
پیش‌بینی‌های مطالعه با استفاده از نظریه‌های ساختاری الکترونیکی از راه اول و نظریه‌های مکانیک کوانتومی برای مدل‌سازی انتقال و ذخیره انرژی درون سیستم ایجاد شد.
سوآرنا بها چاتراج، پژوهشگر پسا دکتری در آرگون گفت: «ما می‌خواستیم نظریه‌ای لازم برای پیش‌بینی چگونگی کارکرد انتقال انرژی بین منتشرکننده‌ها و نقص‌ها را توسعه دهیم.» او ادامه داد: «این نظریه سپس به ما کمک کرد تا قوانین طراحی برای احتمالاً توسعه حافظه‌های نوری جدید را تعیین کنیم.»
با این حال، پژوهشگران اکنون قصد دارند مطالعات بیشتری انجام دهند تا مدت زمان حالت برانگیخته و چگونگی بازخوانی داده‌های ذخیره‌شده را مشخص کنند. چاتراج نتیجه‌گیری کرد: «اما فهمیدن این فرآیند انتقال انرژی نزدیک میدان یک قدم بزرگ اولیه است.»
