Un equipo de investigación internacional dirigido por el HZDR propone ahora un nuevo concepto de almacenamiento de datos a largo plazo basado en defectos a escala atómica en el carburo de silicio, un material semiconductor. Estos defectos son creados por un haz de iones enfocado, que proporciona alta resolución espacial, velocidad de escritura rápida y baja energía para almacenar un solo bit. La investigación se publica en la revista Advanced Functional Materials. .

Las últimas estimaciones suponen que se crean alrededor de 330 millones de terabytes de nuevos datos cada día, y que el 90% de los datos del mundo se generaron sólo en los últimos dos años. Si las cifras ya sugieren la necesidad de tecnologías avanzadas de almacenamiento de datos, no es de ninguna manera el único problema asociado a este desarrollo.

"El tiempo de almacenamiento limitado de los medios de almacenamiento actuales requiere una migración de datos dentro de varios años para evitar cualquier pérdida de datos. Además de quedar atrapado en procedimientos perpetuos de migración de datos, esto aumenta sustancialmente el consumo de energía, porque se consume una cantidad significativa de energía en el proceso. " dice el Dr. Georgy Astakhov del Instituto de Investigación de Materiales y Física de Haz de Iones en HZDR.

Para mitigar esta crisis que se avecina, el equipo de Astakhov introduce ahora un nuevo concepto de almacenamiento de datos a largo plazo basado en defectos a escala atómica en el carburo de silicio. Estos defectos son causados ​​por un haz enfocado de protones o iones de helio y se leen mediante mecanismos de luminiscencia asociados a los defectos.

Dispositivos de almacenamiento tradicionales estrangulados por la física

Actualmente, la memoria magnética es la primera opción cuando se trata de soluciones de almacenamiento de datos que buscan grandes capacidades, mientras que las leyes de la física establecen los límites de las densidades de almacenamiento alcanzables. Para aumentarlos, el tamaño de las partículas magnéticas debe reducirse. Pero luego, las fluctuaciones térmicas y los procesos de difusión en el material ganan importancia, con un impacto cada vez menor en el tiempo de almacenamiento.

Ajustar las propiedades magnéticas del material podría suprimir este efecto, pero esto tiene un precio:una mayor energía para almacenar información. De manera similar, el rendimiento de los dispositivos ópticos también se ve obstaculizado por las leyes de la física. Debido al llamado límite de difracción, el bit de grabación más pequeño tiene un tamaño limitado:no puede ser inferior a la mitad de la longitud de onda de la luz, lo que establece el límite de la capacidad máxima de almacenamiento. La salida es la grabación óptica multidimensional.

El carburo de silicona presenta defectos a escala atómica, especialmente la ausencia de átomos de silicio en el sitio de la red. Los defectos son creados por un haz de protones o iones de helio enfocado, lo que proporciona una alta resolución espacial, una velocidad de escritura rápida y baja energía para almacenar un solo bit. "El límite de difracción de la densidad de almacenamiento inherente a los medios ópticos también se aplica en nuestro caso. Lo superamos mediante esquemas de codificación 4D.

"Aquí se realizan las tres dimensiones espaciales y una cuarta dimensión adicional de intensidad controlando la posición lateral y la profundidad, así como el número de defectos. Luego leemos ópticamente los datos almacenados mediante fotoluminiscencia provocada por excitación óptica.

"Además, la densidad de almacenamiento del área se puede mejorar significativamente mediante la excitación de un haz de electrones enfocado que causa una catodoluminiscencia observable", afirma Astakhov.

Almacenamiento de datos durante generaciones

La información almacenada podría volver a eliminar los defectos, dependiendo de las condiciones ambientales en las que se mantenga el medio, pero los científicos tienen buenas noticias considerando su material. "La desactivación de estos defectos en función de la temperatura sugiere un tiempo de retención mínimo de varias generaciones en condiciones ambientales", afirma Astakhov.

Y hay más. Con excitación por láser de infrarrojo cercano, modernas técnicas de codificación y almacenamiento de datos multicapa, es decir, apilando hasta 10 capas de carburo de silicio una encima de otra, el equipo alcanza una densidad de almacenamiento por área equivalente a la de los discos Blu-ray.

Al cambiar a la excitación por haz de electrones en lugar de la excitación óptica para la lectura de datos, el límite alcanzable de esta manera corresponde a una densidad de almacenamiento de área récord registrada actualmente de un prototipo de cinta magnética, que, sin embargo, tiene un tiempo de almacenamiento más corto y un mayor consumo de energía. .

Para este trabajo, los científicos de Rossendorf unieron fuerzas con investigadores de la Universidad Julius-Maximilian de Würzburg (Alemania), el Laboratorio de Propulsión a Chorro, el Instituto de Tecnología de California (EE.UU.), los Institutos Nacionales de Ciencia y Tecnología Cuánticas (Japón) y la Universidad de Tohoku (Japón). . El enfoque conceptual del equipo no se limita al carburo de silicio y puede extenderse a otros materiales con defectos ópticamente activos, incluidos los materiales 2D.