ترابایت داده در یک کریستال میلیمتری/ تکنیک جدید می‌تواند میکروالکترونیک را متحول کند

محققان دانشکده مهندسی مولکولی پریتزکر دانشگاه شیکاگو روشی را برای ذخیره داده‌ها با استفاده از عیوب کریستالی به صورت یک و صفر، که هر کدام به اندازه یک اتم جداگانه است، توسعه داده‌اند.

کد خبر: ۱۲۲۸۹۵۳

يکشنبه - ۲۸ بهمن ۱۴۰۳ / February 16, 2025

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، محققان دانشکده مهندسی مولکولی پریتزکر دانشگاه شیکاگو روشی را برای ذخیره داده‌ها با استفاده از عیوب کریستالی به صورت یک و صفر، که هر کدام به اندازه یک اتم جداگانه است، توسعه داده‌اند.

استادیار UChicago PME Tian Zhong توضیح داد: هر سلول حافظه از یک اتم یا نقص واحد ایجاد می‌شود. تحقیقات منتشر شده در Nanophotonics نشان می‌دهد که این رویکرد اجازه می‌دهد تا ترابایت داده در یک مکعب کوچک از مواد به اندازه یک میلی متر بسته بندی شود.

روش‌های کوانتومی محاسبات کلاسیک را متحول می‌کنند

این نوآوری رویکرد بین رشته‌ای UChicago PME را با استفاده از تکنیک‌های کوانتومی برای تبدیل کامپیوتر‌های کلاسیک و غیرکوانتومی به نمایش می‌گذارد. این پژوهشی را که در ابتدا بر روی دزیمتر‌های تشعشع متمرکز شده بود - دستگاه‌هایی که معمولاً برای اندازه گیری قرار گرفتن در معرض تابش کارکنان بیمارستان استفاده می‌شود - به ذخیره سازی حافظه میکروالکترونیک انقلابی تبدیل می‌کند.

به گفته نویسنده اول، لئوناردو فرانچا، محقق فوق دکترا در آزمایشگاه ژونگ، آنها فیزیک حالت جامد مورد استفاده در دزیمتری تابش را با تحقیقات متمرکز بر علم کوانتومی ادغام کردند، حتی اگر کار آنها صرفاً کوانتومی نباشد. این رویکرد میان رشته‌ای توسعه حافظه میکروالکترونیکی پیشگامانه را امکان پذیر کرد.

این محقق همچنین می‌افزاید که کار آنها پل ذخیره سازی داده‌های کوانتومی و نوری را ایجاد می‌کند و نیاز به سیستم‌های کوانتومی بهتر و ذخیره سازی حافظه کلاسیک را بهبود می‌بخشد. این تحقیق در دوره دکتری فرانسه آغاز شد. در دانشگاه سائوپائولو در برزیل تحصیل کرد، جایی که او بر روی دزیمتر‌های تشعشع تمرکز کرد - دستگاه‌هایی که به طور غیرفعال قرار گرفتن در معرض تابش را برای کارگران بیمارستان‌ها، سنکروترون‌ها و سایر تاسیسات تشعشع نظارت می‌کنند. این مواد می‌توانند تابش را جذب کرده و اطلاعات قرار گرفتن در معرض را برای یک دوره خاص ذخیره کنند.

فرانچا توضیح داد که وقتی کریستال انرژی کافی را جذب می‌کند، الکترون‌ها و حفره‌هایی آزاد می‌کند که سپس توسط نقص جذب می‌شوند. این اطلاعات را می‌توان با آزاد کردن الکترون‌ها و تشخیص نوری آنها خواند. فرانچا با شناخت پتانسیل خود برای ذخیره حافظه، این رویکرد غیرکوانتومی را به آزمایشگاه کوانتومی ژونگ آورد که منجر به نوآوری بین رشته‌ای شد.

خاک‌های کمیاب با ویژگی‌های نوری قدرتمند، ذخیره‌سازی حافظه را افزایش می‌دهند

برای توسعه این روش نوآورانه ذخیره سازی حافظه، این تیم عناصر خاکی کمیاب، که به نام لانتانید‌ها نیز شناخته می‌شوند، در یک کریستال ترکیب کردند. آنها به طور خاص از پراسئودیمیم و یک کریستال اکسید ایتریوم استفاده کردند، اگرچه فرآیندی که آنها توسعه دادند را می‌توان برای انواع مختلفی از مواد، با استفاده از خواص نوری قدرتمند و انعطاف پذیر عناصر خاکی کمیاب به کار برد.

همانطور که França بیشتر توضیح می‌دهد، عناصر خاکی کمیاب انتقال‌های الکترونیکی خاصی را نشان می‌دهند که امکان انتخاب طول موج‌های تحریک لیزری دقیق را برای کنترل نوری، از رژیم‌های UV تا رژیم‌های مادون قرمز نزدیک، فراهم می‌کند.

برخلاف دزیمتر‌ها که توسط پرتو‌های ایکس یا گاما فعال می‌شوند، این دستگاه ذخیره سازی توسط یک لیزر فرابنفش ساده فعال می‌شود. لیزر لانتانید‌ها را تحریک می‌کند و باعث آزاد شدن الکترون آنها می‌شود. این الکترون‌ها توسط نقص در کریستال اکسید، مانند شکاف‌هایی که در آن یک اتم اکسیژن وجود ندارد، جذب می‌شوند. این تکنیک از این نقایص ذاتی استفاده می‌کند که هم در کریستال‌های طبیعی و هم در کریستال‌های مصنوعی یافت می‌شوند.

در حالی که نقص کریستال معمولاً در تحقیقات کوانتومی برای ایجاد "کیوبیت" استفاده می‌شود، تیم UChicago PME یک برنامه کاربردی جدید کشف کرد. آنها با موفقیت کنترل کردند که کدام عیوب شارژ می‌شوند و کدامیک نه، شکاف‌های باردار را به عنوان "یک" و شکاف‌های شارژ نشده را به عنوان "صفر" تعیین کردند، با این نوآوری که کریستال را به یک دستگاه ذخیره سازی حافظه بسیار کارآمد تبدیل کرد، که از محدودیت‌های قبلی در محاسبات کلاسیک فراتر رفت.