科学家们设计了一种方法来存储和读取嵌入尺寸仅为几毫米（其中 1 毫米等于 0.04 英寸）的微小晶体中的单个原子的数据。如果扩大规模，有一天可能会出现超高密度存储系统，能够在一张光盘上保存 PB 级的数据，其中 1 PB 相当于大约 5,000 部 4K 电影。
将数据编码为 1 和 0 的历史与整个数据一样古老，唯一的区别是用于存储这些数据的介质——从闪烁的真空管、微型电子晶体管，甚至是光盘 (CD)，表面的凹坑代表 1 秒，光滑度代表 0。
科学家们表示，这项工作的灵感来自于量子技术。特别是，他们将应用于辐射剂量测定的固态物理学与在量子存储方面大力研究的研究小组相结合，但这项具体工作构建了经典的计算内存。
该技术的工作原理是用特定能量的激光照射来激发电子。此时，读取设备可以记录光的存在。没有光意味着没有被捕获的电子。
仅当晶体包含缺陷（例如氧空位或外来杂质）时，这种方法才有效。 “这些缺陷呈现出非常好的特征，”该研究的第一作者，莱昂纳多·法国芝加哥大学物理学博士后研究员告诉《生活科学》。 “其中之一是存储电荷的能力。”
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知道这一点后，该团队使用稀土离子作为掺杂剂（添加到材料中以改变其特性的杂质），关键在于设计一种方法来激发特定稀土离子的电子，使其被捕获。如果想象一下 CD 是如何工作的，这相当于制造一个坑。
“我们必须提供足够的能量来从稀土离子中释放电子，而缺陷（附近的缺陷）将会感知到这一点，”弗兰萨说。 “所以你通过内在电场捕获电子。这是书写部分。”
然后你就开始读取数据了。 “基本上，你必须使用另一个光源，以便电子从缺陷中释放出来，”弗兰萨说。 “这会导致电荷重组，从而导致发光。”
构建未来的数据存储
弗朗萨说，如果这个过程完全按照这样的方式进行，那么每次读取数据都会被删除，但使用较低量的光只会“部分删除信息”。因此，它会随着时间的推移而消失，就像磁带中保存的数据会在 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具有其他非掺杂剂的其他非稀土元素晶体。但稀土元素的优点是提供已知的特定波长，使我们能够使用标准激光激发电子。
研究人员的最初目标是解决单个原子的问题。他们尚未实现这一目标，但 França 相信团队首创的技术使他们走上了正确的道路。
França 表示，对进一步研究的兴趣归因于这项技术的可扩展性，未来有可能为各种应用带来低成本、高密度的存储格式。
好消息是，光学、激光方面已经被很好地理解并且成本低廉。同样，这种晶体的大规模生产成本也很低。这就留下了获取稀土元素和设计一种使用大规模制造方法引入缺陷的方法的成本。
他补充说，如果这些障碍能够克服，晶体就可以被制成光盘，并可以被廉价的读者阅读。最后一个问题是在假设的光盘上可以存储多密集的数据。
“在我们的晶体中，我们有大约 40 毫米3“[0.002 立方英寸]，我们可以存储几百 TB。”França 告诉 Live Science。经过一些计算，他得出的数字约为 260 TB。
这个数字是基于科学家研究的晶体，但弗兰萨看到了一个可以轻松增加缺陷密度的未来。这自然导致了将 PB 级数据存储在磁盘大小的单个设备上的可能性。
