Avanço no armazenamento óptico de dados aumenta a capacidade dos diamantes, contornando o limite de difração
Espectroscopia óptica e controle de carga de NV
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centros sob condições criogênicas. um , Diagrama de nível de energia de NV
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. Setas vermelhas claras (sólidas e tracejadas) indicam transições ópticas em torno de 637 nm entre os níveis no solo e as primeiras variedades excitadas; setas vermelhas escuras indicam fótons de ionização e setas onduladas indicam fótons emitidos. b , Varredura de imagem confocal sob excitação verde de uma seção do cristal apresentando vários NVs. As inserções nas laterais mostram os espectros ópticos dos NVs circulados no conjunto mediante aplicação do protocolo no diagrama superior usando iluminação vermelha de frequência variável; aqui (e em todos os outros lugares, a menos que indicado), o eixo horizontal é uma mudança de frequência em relação a 470,470 THz. Para cada caso, obtemos uma imagem seletiva de NV usando o mesmo protocolo, mas com o laser de 637nm sintonizado em um dos Sz transições (indicadas por uma seta em cada espectro); apenas o NV ressonante
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está visível nas imagens. As potências do laser são 1,6 mW e 2 µW em 532 e 637 nm, respectivamente. c , NV
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protocolo de ionização sob forte excitação óptica (210 µW) a 637 nm (parte superior). MW1 (MW2) denota excitação MW ressonante com o ms = 0 ↔ ms = −1 (ms = 0 ↔ ms = +1) transição no trio do estado fundamental; a duração dos pulsos π é 100 ns. NV relativo
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cobrar a população do estado em função do intervalo de ionização τEu para um NV representativo no conjunto (parte inferior). Todos os experimentos são realizados a 7 K. PL, fotoluminescência; a.u., unidades arbitrárias; λ , Comprimento de onda; APD, fotodetector de avalanches; kcts, quilo-contagens. Crédito:Nanotecnologia da Natureza (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01542-9 Físicos do City College de Nova York desenvolveram uma técnica com potencial para aumentar a capacidade de armazenamento óptico de dados em diamantes. Isto é possível multiplexando o armazenamento no domínio espectral. A pesquisa de Richard G. Monge e Tom Delord, membros do Grupo Meriles na Divisão de Ciência da CCNY, é intitulada "Armazenamento óptico reversível de dados abaixo do limite de difração" e aparece na revista Nature Nanotechnology .
"Isso significa que podemos armazenar muitas imagens diferentes no mesmo lugar do diamante, usando um laser de cor ligeiramente diferente para armazenar informações diferentes em átomos diferentes nos mesmos pontos microscópicos", disse Delord, pesquisador associado de pós-doutorado no CCNY. "Se este método puder ser aplicado a outros materiais ou à temperatura ambiente, poderá chegar a aplicações de computação que requerem armazenamento de alta capacidade."
A pesquisa do CCNY se concentrou em um pequeno elemento presente em diamantes e materiais similares, conhecido como “centros de cores”. Basicamente, são defeitos atômicos que podem absorver luz e servir de plataforma para o que chamamos de tecnologias quânticas.
“O que fizemos foi controlar a carga elétrica desses centros de cores com muita precisão usando um laser de banda estreita e condições criogênicas”, explicou Delord. "Essa nova abordagem nos permitiu essencialmente escrever e ler pequenos pedaços de dados em um nível muito mais preciso do que era possível anteriormente, até um único átomo."
As tecnologias de memória óptica têm uma resolução definida pelo que é chamado de "limite de difração", ou seja, o diâmetro mínimo no qual um feixe pode ser focado, que é aproximadamente igual a metade do comprimento de onda do feixe de luz (por exemplo, a luz verde teria um limite de difração de 270nm).
"Então, você não pode usar um feixe como esse para escrever com uma resolução menor que o limite de difração porque se você deslocar o feixe menos que isso, você impactaria o que já escreveu. Então, normalmente, as memórias ópticas aumentam a capacidade de armazenamento, tornando o comprimento de onda mais curto (mudando para o azul), e é por isso que temos a tecnologia ‘Blu-ray’”, disse Delord.
O que diferencia a abordagem de armazenamento óptico CCNY de outras é que ela contorna o limite de difração explorando as pequenas mudanças de cor (comprimento de onda) existentes entre centros de cores separados por menos que o limite de difração.
"Ao ajustar o feixe para comprimentos de onda ligeiramente deslocados, ele pode ser mantido no mesmo local físico, mas interagir com diferentes centros de cores para alterar seletivamente suas cargas - isto é, gravar dados com resolução de sub-difração", disse Monge, pesquisador de pós-doutorado na CCNY, que esteve envolvido no estudo como Ph.D. estudante do Centro de Pós-Graduação, CUNY.
Outro aspecto único dessa abordagem é que ela é reversível. “É possível escrever, apagar e reescrever um número infinito de vezes”, observou Monge. "Embora existam outras tecnologias de armazenamento óptico também capazes de fazer isso, este não é o caso típico, especialmente quando se trata de alta resolução espacial. Um disco Blu-ray é novamente um bom exemplo de referência - você pode gravar um filme nele mas você não pode apagá-lo e escrever outro."
Mais informações: Richard Monge et al, Armazenamento óptico reversível de dados abaixo do limite de difração, Nature Nanotechnology (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01542-9 Informações do diário: Nanotecnologia da Natureza
