_ Echipa prezintă o nouă cale către stocarea de date pe termen lung, bazată pe defecte la scară atomică

Odată cu dezvoltarea internetului, a rețelelor sociale și a cloud computingului, cantitatea de date creată zilnic la nivel mondial crește vertiginos. Acest lucru necesită noi tehnologii care ar putea oferi densități de stocare mai mari, combinate cu arhivarea sigură a datelor pe termen lung, cu mult peste capacitățile dispozitivelor tradiționale de stocare a datelor.

O echipă internațională de cercetare condusă de HZDR propune acum un nou concept de stocarea de date pe termen lung bazată pe defecte la scară atomică în carbura de siliciu, un material semiconductor. Aceste defecte sunt create de un fascicul de ioni focalizat, oferind rezoluție spațială mare, viteză mare de scriere și energie scăzută pentru stocarea unui singur bit. Cercetarea este publicată în jurnalul Advanced Functional Materials.

Ultimele estimări presupun aproximativ 330 de milioane de terabytes de date noi create în fiecare zi, cu 90% din datele lumii generate doar în ultimii doi ani. Dacă cifrele mari sugerează deja necesitatea tehnologiilor avansate de stocare a datelor, aceasta nu este în niciun caz singura problemă asociată acestei dezvoltări.

„Timpul limitat de stocare al suporturilor de stocare actuale necesită migrarea datelor în câțiva ani către evita orice pierdere de date. Pe lângă faptul că este prins în procedurile perpetue de migrare a datelor, acest lucru crește substanțial consumul de energie, deoarece o cantitate semnificativă de energie este consumată în proces", spune dr. Georgy Astakhov de la Institutul de Fizică și Cercetare a Materialelor Ionului. la HZDR.

Pentru a atenua această criză care se profilează, echipa lui Astakhov introduce acum un nou concept de stocare a datelor pe termen lung bazat pe defecte la scară atomică în carbura de siliciu. Aceste defecte sunt provocate de un fascicul focalizat de protoni sau ioni de heliu și citite folosind mecanisme de luminiscență asociate defectelor.

În prezent, memoria magnetică este alegerea principală atunci când vine vorba de soluții de stocare a datelor care vizează capacități mari, în timp ce legile fizicii stabilesc limitele densităţilor de stocare realizabile. Pentru a le crește, dimensiunea particulelor magnetice trebuie să se micșoreze. Dar apoi, fluctuațiile termice și procesele de difuzie în material câștigă în importanță, cu un impact deteriorat asupra timpului de depozitare.

Reglarea proprietăților magnetice ale materialului ar putea suprima acest efect, dar aceasta vine cu un preț: un preț mai mare. energie pentru stocarea informațiilor. În mod similar, performanța dispozitivelor optice este împiedicată și de legile fizicii. Datorită așa-numitei limite de difracție, cel mai mic bit de înregistrare este limitat în dimensiune: nu poate ajunge mai mic de jumătate din lungimea de undă a luminii, stabilind limita capacității maxime de stocare. Calea de ieșire este înregistrarea optică multidimensională.

Carbura de siliciu prezintă defecte la scară atomică, în special absența atomilor de siliciu în locul rețelei. Defectele sunt create de un fascicul de protoni sau heliu concentrat, oferind rezoluție spațială mare, viteză mare de scriere și energie scăzută pentru stocarea unui singur bit. „Limita de difracție a densității de stocare inerentă mediilor optice se aplică și în cazul nostru. O depășim prin scheme de codare 4D.

„Aici, cele trei dimensiuni spațiale și o dimensiune suplimentară de intensitate a patra sunt realizate prin control pozitia laterala si adancimea precum si numarul defectelor. Apoi citim optic datele stocate prin intermediul fotoluminiscenței provocate de excitația optică.

„În plus, densitatea de stocare a suprafeței poate fi îmbunătățită semnificativ folosind excitația focalizată a fasciculului de electroni care provoacă catodoluminiscență observabilă”, afirmă Astakhov.

Informațiile stocate ar putea fi eliminate din nou din defecte, în funcție de condițiile de mediu în care este păstrat mediul, dar oamenii de știință au vești bune având în vedere materialul lor. „Dezactivarea dependentă de temperatură a acestor defecte sugerează un timp de retenție minim pe câteva generații în condiții ambientale”, spune Astakhov.

Și mai sunt. Cu excitație cu laser în infraroșu apropiat, tehnici moderne de codare și stocare de date pe mai multe straturi, și anume stivuirea a până la 10 straturi de carbură de siliciu unul peste altul, echipa atinge o densitate de stocare a suprafeței care corespunde cu cea a discurilor Blu-ray.

Comutarea la excitația cu fascicul de electroni în loc de excitația optică pentru citirea datelor, limita care poate fi atinsă în acest mod corespunde unei densități de stocare a zonei de înregistrare raportate în prezent a unei benzi magnetice prototip, care are, totuși, timp de stocare mai scurt și consum mai mare de energie.

Pentru această lucrare, oamenii de știință de la Rossendorf și-au unit forțele cu cercetătorii de la Universitatea Julius-Maximilian Würzburg (Germania), Laboratorul de propulsie cu reacție, Institutul de Tehnologie din California (S.U.A.), Institutele Naționale. pentru Știința și Tehnologia Cuantică (Japonia) și Universitatea Tohoku (Japonia). Abordarea conceptuală a echipei nu se limitează la carbura de siliciu și poate fi extinsă la alte materiale cu defecte optic active, inclusiv materiale 2D.

(Fluierul)