دانشمندان دانشگاه شهری نیویورک (CUNY) موفق شدهاند با استفاده از نقصهای کوچک نیتروژن در ساختار اتمی الماسها دادهها را برای ذخیرهسازی و بازیابی در الماس ثبت کنند.
به گزارش تکناک ،این تحقیق، که در مجله Nature Nanotechnology به چاپ رسیده، امکان ذخیره چندین بایت داده را ، با رمزگذاری دادهها در چندین فرکانس نوری مختلف (یا رنگها)، بدون ایجاد اختلال در محتوای اطلاعاتی در یک نقص نیتروژن فراهم میکند.
روشهای مبتنی بر لیزر برای حکاکی یا تغییر بیتهای دادهها معمولاً با محدودیتی به نام حد دیفراکسیون روبرو هستند، یعنی حداقل اندازهای که یک پرتو لیزر میتواند بر روی آن تمرکز کند. این محدودیت دلیلی است که چرا تکنولوژی Blu-Ray از لیزرهای آبی استفاده میکند، زیرا نور آبی دارای طول موج کوتاهتری نسبت به نور قرمز است، و به این ترتیب امکان ثبت تعداد بیشتری بیت اطلاعات در یک فضای مشخص فراهم میشود.
به دلیل ضخامت کمتر رشتههای آبی، میتوان چهار رشته آبی را در همان فضایی قرار داد که برای دو رشته قرمز نیاز است، این امر به طور خودکار تراکم ذخیرهسازی در هر واحد مساحت را افزایش میدهد.
این پژوهش توسط دانشمندان دانشگاه شهری نیویورک (CUNY) نشان میدهد که میتوان در یک نقص نیتروژنی خاص در الماس، دادهها را با استفاده از چندین رنگ (در داخل حد دیفراکسیون مناسب برای هر رنگ) ثبت کرد. این تکنیک امکان ایجاد تعداد بیتهای برابر با تعداد رنگهای قابل برنامهریزی جداگانه از یک اتم را فراهم میکند.
تام دلورد، دانشیار پژوهشی پست دکترا در CCNY و همنویسنده مطالعه، توضیح میدهد: “این به معنای توانایی ذخیره تصاویر متفاوت در یک مکان در الماس است، با استفاده از لیزرهایی با رنگهای کمی متفاوت برای ذخیره اطلاعات متفاوت در اتمهای مختلف در همان نقاط میکروسکوپی. این روش اگر بتوان آن را به مواد دیگر یا در دمای اتاق اعمال کرد، میتواند برای کاربردهای محاسباتی که به ذخیرهسازی با ظرفیت بالا نیاز دارند، کاربرد داشته باشد.
برای تصور بهتر این مفهوم، میتوانید به یک لیوان پر از آب فکر کنید، جایی که هر بار یک لیزر با رنگ متفاوت عبور میکند، یک قطره کوچک جوهر با رنگ متفاوت (مانند قرمز، آبی یا سبز) به نقصهای نیتروژن (مانند آب درون لیوان) اضافه میکند. تفاوت رنگها به دلیل چگالیهای متفاوت آنها، امکان تفکیک محتوای هر قطره را فراهم میکند (مثلاً قطره سبز میتواند یک بیت تنظیم شده به ۰ باشد و قطره قرمز یک بیت تنظیم شده به ۱). با افزودن هر رنگ جدید، مقدار اطلاعات رمزگذاری شده در این سیستم افزایش مییابد، تا زمانی که بتوان فرکانسها/چگالیهای مختلف را هنگام خواندن یا استخراج محتویات تفکیک کرد. نکته قابل تحسین این است که تمام این لایههای اطلاعاتی میتوانند در یک فضای فیزیکی یکسان ، با افزایش تراکم ذخیرهسازی بدون ایجاد تداخل بین آنها، قرار گیرند.
در این پژوهش، تام دلورد توضیح میدهد که آنها توانستند با استفاده از لیزر باند باریک و شرایط کریوژنیک کنترل بسیار دقیقی بر بار الکتریکی این مراکز رنگی در الماسها اعمال کنند،. این رویکرد نوین به آنها امکان داد تا بیتهای بسیار کوچک دادهها را در سطحی بسیار ریزتر نسبت به قبل، تا سطح یک اتم، بنویسند و بخوانند.
محققان نشان دادهاند که فناوری آنها قادر است ۱۲ تصویر مختلف را ، با دستیابی به تراکم دادهای ۲۵ گیگابایت در هر اینچ مربع در ۱۲ فرکانس متمایز در همان نقص نیتروژنی چاپ کند. این میزان تراکم داده تقریباً برابر با حجم اطلاعاتی است که یک دیسک Blu-Ray در یک لایه از قطر خود ذخیره میکند.
علاوه بر این، این فناوری غیرمخرب است: اطلاعات حکاکی نمیشوند، بلکه با دقت در اتمهای دارای نقصهای نیتروژنی و شارژ شده کدگذاری میشوند. این فرایند تشبیه به روشن کردن حبابهای کوچک درون یک الماس است. سپس اطلاعات را میتوان از این حبابهای نوری استخراج کرد، خواند و دوباره کدگذاری کرد.
در این تحقیق، مونگه، دانشیار پسادکتری و دکتری در CCNY، شرح داد که چگونه با تنظیم طول موج لیزر به میزان کمی تغییر یافته، میتوان اشعه را در همان مکان فیزیکی نگه داشت اما با مراکز رنگی مختلف برخورد کرد تا بتوان به طور انتخابی بارهای آنها را تغییر داد. این کار امکان نوشتن دادهها با وضوح زیر-دیفراکسیون را فراهم میکند.
به طور نظری، استفاده از فناوری ذخیرهسازی الماس مانند آنچه در این تحقیق اشاره شده، میتواند الماس را به یک رسانه ذخیرهسازی شخصی تبدیل کند، که نه تنها ارزش مادی دارد، بلکه به عنوان وسیلهای برای انتقال پیامهای مخفی یا اطلاعات ارزشمند از نسلی به نسل دیگر عمل میکند. این میتواند در موقعیتهایی مانند ازدواج یا معاملات مورد استفاده قرار گیرد.
هرچند این فناوری هنوز در مراحل ابتدایی خود قرار دارد و تیم تحقیقاتی بر این باورند که میتوانند از نیاز به خنکسازی کریوژنیک که فعلاً برای کارکرد این مراکز رنگی لازم است، عبور کنند. آنها امیدوار هستند که روزی این فناوری در دمای اتاق قابل استفاده باشد و بتواند به افزایش ظرفیت ذخیرهسازی با هزینه انرژی کمتر منجر شود.
