科学家们已经找到了一种方法，可以将数百TB的数据存储在一个微小的晶体上，并计划将其扩展到一个磁盘大小的设备，可以与现代计算兼容。
科学家们已经设计出一种方法来存储和读取嵌入在只有几毫米大小的微小晶体中的单个原子的数据（1毫米等于0.04英寸）。如果扩大规模，它可能有一天会导致超高密度的存储系统，能够在单个磁盘上存储PB的数据 —— 其中1PB相当于大约5000部4K电影。
将数据编码为1和0的历史与整个计算历史一样悠久，唯一的区别是用于存储这些数据的介质 —— 从闪烁的真空管，微小的电子晶体管，甚至是光盘（CD），表面的凹坑表示1，光滑表示0。
目前，科学家们正在寻找更密集的数据存储空间，这将把科学家引向亚原子世界。在2月14日发表在《纳米光子学》杂志上的一项新研究中，研究人员使用晶体缺陷捕获的电子来表示1，没有捕获的电子表示0。
科学家们说，这项工作的灵感来自量子技术。特别是，他们将固体物理学应用于辐射剂量测定，并与一个致力于量子存储的研究小组进行了整合 —— 但这项具体工作建立了经典的计算内存。
该技术的工作原理是用一定能量的激光激发电子。在这一点上，一个读取装置可以记录光的存在。没有光意味着没有捕获电子。
这种方法只有在晶体含有缺陷时才有效，比如氧空位或外来杂质。“这些缺陷呈现出非常好的特征，”该研究的第一作者、芝加哥大学物理学博士后研究员莱昂纳多·弗兰帕拉告诉我们。“其中之一就是储存电量的能力。”
了解到这一点，研究小组使用稀土离子作为掺杂剂 —— 添加到材料中以改变其性质的杂质 —— 关键在于设计一种方法，从特定的稀土离子激发电子，使其被捕获。如果想象一下CD是如何工作的，这就相当于创造了一个坑。
“我们必须提供足够的能量从稀土离子中释放出一个电子，而缺陷 —— 附近的缺陷 —— 会感知到这一点，”弗兰帕拉说。“所以你通过一个内在电场来捕获电子。这是写作部分。”
然后你来读数据。“基本上，你必须使用另一种光源，这样电子就会从缺陷中释放出来，”弗兰帕拉说。“这会导致电荷的重新组合，从而导致光的发射。”
构建未来的数据存储
如果这个过程完全像这样工作，那么每次读取数据都会被擦除，但是使用较少量的光只能“部分擦除信息”，弗兰帕拉说。所以它会随着时间的推移而消失，就像磁带里的数据会在10到30年内消失一样。
虽然该团队使用了稀土元素镨和氧化钇晶体，但这项工作同样可以扩展到其他非稀土元素晶体和其他非掺杂物。但稀土元素的优势在于提供已知的特定波长，使我们能够使用标准激光激发电子。
研究人员最初的目标是研究单个原子。他们还没有实现这一目标，但弗兰帕拉相信，该团队率先采用的技术使他们走上了正确的道路。
弗兰帕拉表示，进一步研究的兴趣归因于该技术的可扩展性，未来可能会为各种应用带来低成本、高密度的存储格式。
好消息是，方程的光学、激光方面已经被很好地理解并且便宜。同样，大规模生产这种晶体的成本也很低。剩下的就是获取稀土元素的成本，以及设计一种通过大规模生产方法引入缺陷的方法。
他补充说，如果这些障碍能够克服，这种晶体就可以制成光盘，并由廉价的读取器读取。最后一个问题是你可以在一个假设的磁盘上存储多密集的数据。
“在我们的晶体中，我们有大约40mm^3（0.002立方英寸），我们可以存储几百TB的数据，”弗兰帕拉告诉我们。在进行了一些计算后，他认为这个数字大约为260 TB。
这个数字是基于科学家们所研究的晶体，但弗兰帕拉认为未来可以很容易地增加缺陷密度。这自然会导致在磁盘大小的单个设备上存储PB级数据的可能性。
如果朋友们喜欢，敬请关注“知新了了”！