Natuurkundigen van het City College of New York hebben een techniek ontwikkeld die het potentieel heeft om de optische gegevensopslagcapaciteit in diamanten te vergroten. Dit is mogelijk door de opslag in het spectrale domein te multiplexen. Het onderzoek door Richard G. Monge en Tom Delord, leden van de Meriles Group in CCNY's Division of Science, is getiteld "Reversible optische data storage below the diffraction limit" en verschijnt in het tijdschrift Nature Nanotechnology .

"Het betekent dat we veel verschillende afbeeldingen op dezelfde plek in de diamant kunnen opslaan door een laser van een iets andere kleur te gebruiken om verschillende informatie op te slaan in verschillende atomen op dezelfde microscopische plekken", zegt Delord, een postdoctoraal onderzoeksmedewerker bij CCNY. "Als deze methode kan worden toegepast op andere materialen of bij kamertemperatuur, zou deze zijn weg kunnen vinden naar computertoepassingen die opslag met hoge capaciteit vereisen."

Het CCNY-onderzoek concentreerde zich op een klein element in diamanten en soortgelijke materialen, bekend als 'kleurcentra'. Dit zijn feitelijk atomaire defecten die licht kunnen absorberen en als platform kunnen dienen voor zogenaamde kwantumtechnologieën.

"Wat we deden was de elektrische lading van deze kleurcentra zeer nauwkeurig controleren met behulp van een smalbandlaser en cryogene omstandigheden", legt Delord uit. "Deze nieuwe aanpak stelde ons in staat om kleine stukjes data op een veel fijner niveau te schrijven en te lezen dan voorheen mogelijk was, tot op een enkel atoom."

Optische geheugentechnologieën hebben een resolutie die wordt gedefinieerd door wat de 'diffractielimiet' wordt genoemd, dat wil zeggen de minimale diameter waarop een straal kan worden scherpgesteld, die ongeveer op de helft van de golflengte van de lichtbundel schaalt (groen licht zou bijvoorbeeld een diffractielimiet hebben van 270 nm).

"Je kunt zo'n straal dus niet gebruiken om te schrijven met een resolutie die kleiner is dan de diffractielimiet, want als je de straal minder dan dat verplaatst, zou je invloed hebben op wat je al schreef. Dus normaal gesproken vergroten optische geheugens de opslagcapaciteit door de golflengte te vergroten korter (verschuivend naar blauw), daarom hebben we 'Blu-ray'-technologie", aldus Delord.

Wat de optische opslagbenadering van CCNY onderscheidt van anderen, is dat het de diffractielimiet omzeilt door gebruik te maken van de kleine kleurveranderingen (golflengte) die bestaan ​​tussen kleurcentra die gescheiden zijn door minder dan de diffractielimiet.

"Door de straal af te stemmen op enigszins verschoven golflengten, kan deze op dezelfde fysieke locatie worden gehouden, maar communiceren met verschillende kleurcentra om selectief hun ladingen te veranderen - dat wil zeggen om gegevens te schrijven met sub-diffractieresolutie", zegt Monge, een postdoctoraal onderzoeker bij CCNY die als Ph.D. bij het onderzoek betrokken was. student aan het Graduate Center, CUNY.

Een ander uniek aspect van deze aanpak is dat deze omkeerbaar is. "Je kunt een oneindig aantal keren schrijven, wissen en herschrijven", merkte Monge op. "Hoewel er enkele andere optische opslagtechnologieën zijn die dit ook kunnen, is dit niet het typische geval, vooral als het gaat om hoge ruimtelijke resolutie. Een Blu-ray-schijf is opnieuw een goed referentievoorbeeld:je kunt er een film op schrijven. maar je kunt het niet wissen en er nog een schrijven."

Meer informatie: Richard Monge et al, Omkeerbare optische gegevensopslag onder de diffractielimiet, Natuurnanotechnologie (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01542-9

Journaalinformatie: Natuurnanotechnologie

Aangeboden door City College of New York