太字节数据“塞进”毫米级存储器

日期： 2025-02-21

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来源：科学网

美国芝加哥大学研究人员开发出一种创新性的存储技术，利用晶体内的单原子缺陷来表示数据存储中的二进制数“1”和“0”，将几个太字节（TB）的数据存储在边长仅为1毫米大小的晶体立方体中。相关论文发表在最新一期《纳米光子学》杂志上。

研究中使用的晶体在紫外线下充电。芝加哥大学普利兹克分子工程学院实验室发明的这一工艺可应用于多种材料，充分利用稀土强大而灵活的光学特性。图片来源：芝加哥大学普利兹克分子工程学院

历史上，用于表示二进制数据“1”和“0”的物理载体（如打孔卡片、真空管、晶体管等）的尺寸，限制了设备可存储的信息量。此次，研究人员利用晶体结构中缺失的原子，在不超过1毫米的空间中存储了数兆字节数据。

这种存储技术将稀土元素（也称为镧系元素）融入晶体中，研究人员特别使用了镨和氧化钇晶体。这些晶体中存在固有缺陷，如晶格中缺少单个氧原子，留下空隙。晶体缺陷在量子研究中通常用于创建“量子比特”。

研究人员解释说，稀土元素表现出特定的电子跃迁，可选择精确的激光激发波长进行光学控制，范围从紫外线到近红外区域。激光激发镧系元素，使其释放电子，这些电子被氧化晶体中的缺陷捕获。

研究人员可控制哪些缺陷带电，哪些不带电，将带电间隙指定为“1”，不带电间隙指定为“0”，从而将晶体转变为一种高效存储设备，超越以往传统计算的限制，实现了极高的数据存储密度。

与通常由X射线或伽马射线激活的剂量计不同，这种存储设备可由简单的紫外线激光触发。

研究人员认为，这项技术展示了一种跨学科方法，即应用量子技术改造经典的非量子计算机。它将最初专注于辐射剂量计的研究，重新用于革命性的微电子存储器。这项技术突破了数据存储的限制，为传统计算机带来新的超紧凑、大容量存储解决方案。

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