Прорыв в хранении данных на алмазах: возможность записи в масштабе до одного атома

Алмаз — многообещающий материал для хранения данных, и теперь ученые продемонстрировали новый способ поместить в него еще больше данных, размещая их вплоть до одного атома.

Технология позволяет обойти физические ограничения, записывая данные в одни и те же точки при различном цвете.

Интересно, что технология работает не за счет записи данных в сам алмаз, а за счет крошечных дефектов азота в материале. Эти дефекты могут поглощать свет, за что их называют «центрами цвета».

Обычно технологии оптической памяти имеют жесткие ограничения на точность записи данных – в конце концов, существует минимальный диаметр, на котором может быть сфокусирован лазерный луч. Этот предел, известный как дифракционный предел, масштабируется в зависимости от длины волны используемого света.

«Вы не можете использовать такой луч для письма с разрешением меньше дифракционного предела, потому что, если вы сместите луч меньше этого значения, вы повлияете на то, что уже написали», — сказал Том Делорд, соавтор исследования. «Обычно оптическая память увеличивает емкость хранилища за счет сокращения длины волны (сдвига в сторону синего цвета), поэтому у нас есть технология Blu-ray».

Но для нового исследования ученые из университета Нью-Йорка (CUNY) нашли способ обойти дифракционный предел. Хитрость заключается в том, чтобы использовать разные длины волн света для записи данных в центры цвета, которые расположены ближе друг к другу, чем позволяет предел дифракции.

Например, вы не сможете разместить два «зеленых» рядом друг с другом, но если вы чередуете, например, зеленый, красный и синий, то теоретически вы можете хранить в три раза больше данных в одном секторе, чем если бы вы использовали один цвет.

«Мы очень точно контролировали электрический заряд этих центров цвета с помощью узкополосного лазера и криогенных условий», — сказал Том Делорд. «Этот новый подход позволил нам, по сути, записывать и читать крошечные кусочки данных на гораздо более меньшем уровне, чем это было возможно ранее, вплоть до одного атома».

В ходе испытаний команда продемонстрировала, что этот метод может печатать 12 разных изображений в одном месте на разных частотах, достигая плотности данных 25 ГБ на квадратный дюйм (6,4 кв. см).

Для сравнения, именно столько удерживает стандартный однослойный диск Blu-Ray по всей своей поверхности. Дополнительным бонусом является то, что этот метод является обратимым, поэтому данные можно записывать, стирать и перезаписывать столько раз, сколько необходимо.

Ученые говорят, что в ходе дальнейшей работы эту технику можно будет применить к другим материалам, и, будем надеяться, при комнатной температуре, а не в криогенных условиях.

Исследование было опубликовано в журнале Nature Nanotechnology.