คริสตัลเก็บข้อมูล กำลังถูกวิจัยขึ้นโดยใช้อะตอมที่หายไปภายในโครงสร้างผลึก ทำให้สามารถเก็บข้อมูลหลายเทราไบต์ภายในลูกบาศก์คริสตัลที่มีขนาดเพียง 1 มิลลิเมตร
ในคอมพิวเตอร์แล็ปท็อป เลขฐานสอง 1 และ 0 คือทรานซิสเตอร์ที่ทำงานด้วยแรงดันไฟฟ้าต่ำหรือสูง บนแผ่นคอมแพคดิสก์ เลข 1 คือจุดที่ “หลุม” ขนาดเล็กเว้าลงไปแล้วเปลี่ยนเป็น “พื้นที่ราบ” หรือในทางกลับกัน ในขณะที่เลข 0 คือเมื่อไม่มีการเปลี่ยนแปลง
การจัดเก็บข้อมูลลักษณะนี้ต้องเผชิญกับปัญหาของขนาดทางกายภาพที่จำกัดของส่วนประกอบที่ใช้จัดเก็บสถานะไบนารีเหล่านี้ แต่การจัดเก็บข้อมูลแบบใหม่นี้ใช้ประโยชน์จากข้อบกพร่องระดับอะตอมเดี่ยวภายในผลึก เพื่อแทนค่าเลขฐานสอง 1 และ 0
การวัจัยการจัดเก็บข้อมูลแบบใหม่
นักวิจัยจาก University of Chicago’s Pritzker School of Molecular Engineering (UChicago PME) ได้เอาชนะข้อจำกัดนี้ พวกเขาพบว่าอะตอมที่หายไปภายในโครงสร้างผลึกสามารถใช้จัดเก็บข้อมูลได้ และเก็บได้เยอะระดับเทราไบต์ในพื้นที่ขนาดไม่เกิน 1 มิลลิเมตร
“เซลล์หน่วยความจำแต่ละเซลล์คืออะตอมที่หายไปเพียงหนึ่งอะตอม ซึ่งเป็นข้อบกพร่องเดี่ยว” ผู้ช่วยศาสตราจารย์ Tian Zhong จาก UChicago PME กล่าว “ตอนนี้คุณสามารถบรรจุบิตระดับเทราไบต์ไว้ในลูกบาศก์วัสดุขนาดเล็กเพียงมิลลิเมตรเดียวได้”
นวัตกรรมนี้เป็นตัวอย่างงานวิจัยแบบสหสาขาวิชาของ UChicago PME โดยใช้เทคนิคควอนตัมเพื่อปฏิวัติคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกที่ไม่ใช่ควอนตัม และเปลี่ยนงานวิจัยเกี่ยวกับเครื่องวัดปริมาณรังสี ซึ่งเป็นที่รู้จักกันดีที่สุดในชื่ออุปกรณ์ที่จัดเก็บปริมาณรังสีที่บุคลากรทางการแพทย์ที่ได้รับจากเครื่องเอ็กซ์เรย์ ให้กลายเป็นการจัดเก็บหน่วยความจำไมโครอิเล็กทรอนิกส์ที่ก้าวล้ำ
“เราพบวิธีที่จะรวมสมบัติทางกายภาพของสสารในสถานะของแข็งที่ใช้กับการวัดปริมาณรังสีเข้ากับกลุ่มวิจัยด้านควอนตัม แม้ว่างานของเราจะไม่ใช่ควอนตัมโดยตรงก็ตาม” Leonardo França ผู้เขียนคนแรกของงานวิจัยและนักวิจัยหลังปริญญาเอกใน Zhong’s lab กล่าว
จุดเริ่มต้นของงานวิจัยคริสตัลเก็บข้อมูล
งานวิจัยนี้เริ่มต้นขึ้นระหว่างการทำวิจัยระดับปริญญาเอกของ Leonardo França ที่ University of São Paulo ในบราซิล เขาได้ศึกษาเครื่องวัดปริมาณรังสี, เครื่องเร่งอนุภาค และโรงงานรังสีอื่นๆ ที่มนุษย์ได้รับจากการทำงาน
“จำเป็นต้องตรวจสอบปริมาณรังสีที่ผู้คนได้รับเช่นในโรงพยาบาลและเครื่องเร่งอนุภาค” Leonardo França กล่าว “มีวัสดุบางชนิดที่มีความสามารถดูดซับรังสีและจัดเก็บข้อมูลไว้ได้เป็นระยะเวลาหนึ่ง”
ในไม่ช้าเขาก็หลงใหลในวิธีการจัดการและ “อ่าน” ข้อมูลนั้นด้วยเทคนิคการส่องแสง
“เมื่อผลึกดูดซับพลังงานเพียงพอ มันจะปล่อยอิเล็กตรอนและโฮลอิเล็กตรอน แล้วประจุเหล่านี้จะถูกตรวจ” Leonardo Françaกล่าว “เราสามารถอ่านข้อมูลในนั้นได้ คุณสามารถปล่อยอิเล็กตรอน และอ่านข้อมูลได้ด้วยวิธีการทางแสง”
ในไม่ช้า Leonardo França ก็เห็นศักยภาพสำหรับการจัดเก็บหน่วยความจำ เขาได้นำงานที่ไม่ใช่ควอนตัมนี้เข้ามาในห้องปฏิบัติการควอนตัมของ Zhong เพื่อสร้างสรรค์นวัตกรรมสหสาขาวิชา โดยใช้เทคนิคควอนตัมเพื่อสร้างหน่วยความจำแบบคลาสสิก
“เรากำลังสร้างอุปกรณ์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ชนิดใหม่ ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่ได้รับแรงบันดาลใจจากควอนตัม” Zhong กล่าว
Leonardo França นักวิจัยในห้องปฏิบัติการของผู้ช่วยศาสตราจารย์ Tian Zhong แห่ง UChicago Pritzker School of Molecular Engineering ซึ่งเป็นนักวิจัยหลังปริญญาเอกและผู้เขียนคนแรกของงานวิจัย
การทำงานของคริสตัลเก็บข้อมูล
เพื่อสร้างการจัดเก็บหน่วยความจำแบบใหม่ ทีมงานได้เพิ่มไอออนของ “Rare earth” ซึ่งเป็นกลุ่มของธาตุที่รู้จักกันในชื่อแลนทานอยด์ (Lanthanides) ลงในผลึก
พวกเขาใช้ Rare earth ที่เรียกว่า Praseodymium (Pr) และผลึก Yttrium oxide (Y2O3) แต่กระบวนการนี้ก็สามารถใช้ได้กับวัสดุหลากหลายชนิด โดยใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติทางแสงที่ทรงพลังและยืดหยุ่นของธาตุหายาก
“เป็นที่ทราบกันดีว่า Rare earth แสดงการเปลี่ยนสถานะทางอิเล็กทรอนิกส์ที่เฉพาะเจาะจง ซึ่งช่วยให้คุณสามารถเลือกความยาวคลื่นการกระตุ้นด้วยเลเซอร์ที่เฉพาะเจาะจงสำหรับการควบคุมด้วยแสง ตั้งแต่ช่วง UV จนถึงใกล้อินฟราเรด” ผู้ช่วยศาสตราจารย์ Tian Zhong ผู้นำของทีมวิจัยกล่าว
แตกต่างจากเครื่องวัดปริมาณรังสี ซึ่งโดยทั่วไปจะถูกกระตุ้นโดยรังสีเอกซ์หรือรังสีแกมมา ในที่นี้อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลจะถูกกระตุ้นโดยเลเซอร์อัลตราไวโอเลตแบบธรรมดา เลเซอร์จะกระตุ้นแลนทานอยด์ให้ปล่อยอิเล็กตรอนออกมา อิเล็กตรอนจะถูกจับโดยข้อบกพร่องบางประการของผลึกออกไซด์ เช่น ช่องว่างเดี่ยวในโครงสร้างที่อะตอมออกซิเจนเดี่ยวที่ควรจะมีอยู่ แต่กลับไม่อยู่
ในขณะที่ข้อบกพร่องของผลึกเหล่านี้มักใช้ในการวิจัยควอนตัม โดยพันกัน (Entangled) เพื่อสร้าง “คิวบิต (Qubits)” ในอัญมณีตั้งแต่ Stretched diamond ไปจนถึง Spinel
ทีม UChicago PME ได้กำหนดให้ช่องว่างที่มีประจุเป็น “หนึ่ง” และช่องว่างที่ไม่มีประจุเป็น “ศูนย์” จนสามารถเปลี่ยนผลึกให้กลายเป็นอุปกรณ์จัดเก็บหน่วยความจำที่ทรงพลังในระดับที่ไม่เคยเห็นมาก่อนในคอมพิวตเตอร์แบบคลาสสิก
นักวิจัยเชื่อว่าความก้าวหน้านี้อาจสร้างการจัดเก็บข้อมูลรูปแบบใหม่ที่มีขนาดเล็กเป็นพิเศษ และมีความจุมากอย่างไม่น่าเชื่อ
อ้างอิง และ cover pme.uchicago.edu
อ่านบทความและข่าวอื่นๆเพิ่มเติมได้ที่ it24hrs.com
คริสตัลเก็บข้อมูล แค่ 1 mm ก็เก็บข้อมูลได้หลาย TB
อย่าลืมกดติดตามอัพเดตข่าวสาร ทิปเทคนิคดีๆกันนะคะ Please follow us
Youtube it24hrs
Twitter it24hrs
Tiktok it24hrs
facebook it24hrs
