研究人员成功在1立方毫米晶体中存储数TB数据

2月22日消息，据EENewsEurope 报道，芝加哥大学普利兹克分子工程学院 （UChicago PME） 的研究人员探索了一种从晶体缺陷中制造 “1” 和 “0” 的技术，每个缺陷都相当于经典计算机内存应用的单个原子的大小，允许“在只有1立方毫米大小的小立方体材料中实现 TB 级比特”的数据。

作为跨学科方法的结果，这项创新利用量子技术将辐射剂量计（存储医院工作人员从 X 射线机吸收的辐射量的设备）的研究转变为开创性的微电子内存存储。

“每个记忆单元都是一个缺失的原子——一个缺陷，”芝加哥大学 PME 助理教授兼实验室监督员 Tian Zhong介绍：“现在，您可以将数 TB 比特数据封装在只有一毫米大小的小立方体材料中。”

博士后研究员和原始论文的第一作者 Leonardo França 解释了所有这些工作原理的一些更详细的细节。他说：“我们找到了一种将应用于辐射剂量学的固体物理学与一个在量子方面工作很强的研究小组相结合的方法，尽管我们的工作并不完全是量子。对研究量子系统的人有需求，但与此同时，也有提高经典非易失性存储器存储容量的需求。正是在量子和光学数据存储之间的这个接口上，我们的工作奠定了基础。”

这一切都始于 França 在巴西圣保罗大学攻读博士学位期间，当时他正在研究辐射剂量计。

“例如，在医院和粒子加速器中，需要监测人们暴露于多少辐射剂量，”França 说。“有些材料可以吸收辐射并将这些信息存储一段时间。”

通过光学技术，França 可以纵和“读取”这些信息。

“当晶体吸收足够的能量时，它会释放电子和空穴。而这些指控被缺陷所掩盖，“França 说。“我们可以阅读这些信息。你可以释放电子，我们可以通过光学方式读取信息。

看到内存存储的潜力后，França 将这项非量子工作带入了 Tian Zhong 的量子实验室，以利用量子技术构建经典内存。

内存存储技术使用“稀土”离子（镧系元素）——特别是一种叫做镨的稀土元素和一种氧化钇晶体。然而，该工艺可以用于各种材料，利用稀土强大、灵活的光学特性。

“众所周知，稀土具有特定的电子跃迁，允许您选择特定的激光激发波长进行光学控制，从紫外到近红外范围，”França 说。

与由 X 射线或伽马射线激活的剂量计不同，晶体内存存储设备是使用简单的紫外线激光激活的。激光刺激镧系元素，镧系元素反过来释放电子。电子被氧化物晶体的一些缺陷捕获——例如，结构中单个氧原子应该存在但实际上没有的单个间隙。

“不可能找到没有缺陷的晶体——无论是自然界还是人造晶体——”França 说。“所以我们正在做的是利用这些缺陷。”

虽然这些晶体缺陷通常用于量子研究，在从拉伸钻石到尖晶石的宝石中纠缠在一起形成“量子比特”，但芝加哥大学 PME 团队发现了另一种用途。他们能够指导缺陷何时收费，哪些不收费。通过将带电间隙指定为“1”，将未带电间隙指定为“0”，他们将晶体变成了一个强大的内存存储设备。

“在这个1毫米立方体中，我们证明了至少有大约 10 亿个基于原子的记忆——经典记忆、传统记忆，” Tian Zhong说。

编辑：芯智讯-林子