El avance del almacenamiento óptico de datos aumenta la capacidad de los diamantes al eludir el límite de difracción

Espectroscopia óptica y control de carga de NV⁻ centros en condiciones criogénicas. un , Diagrama de niveles de energía de NV⁻ . Las flechas de color rojo claro (continuas y discontinuas) indican transiciones ópticas alrededor de 637 nm entre los niveles en el suelo y los primeros colectores excitados; Las flechas de color rojo oscuro indican fotones de ionización y las flechas onduladas indican fotones emitidos. b , Escaneo de una imagen confocal bajo excitación verde de una sección del cristal que presenta múltiples NV. Los recuadros a los lados muestran los espectros ópticos de los NV encerrados en un círculo en el conjunto tras la aplicación del protocolo en el diagrama superior utilizando iluminación roja de frecuencia variable; aquí (y en cualquier otro lugar a menos que se indique lo contrario), el eje horizontal es un cambio de frecuencia relativo a 470,470 THz. Para cada caso, obtenemos una imagen NV-selectiva usando el mismo protocolo pero con el láser de 637 nm sintonizado en uno de los S _z transiciones (indicadas por una flecha en cada espectro); sólo el NV resonante⁻ es visible en las imágenes. Las potencias del láser son 1,6 mW y 2 μW a 532 y 637 nm, respectivamente. c , NV^- Protocolo de ionización bajo fuerte excitación óptica (210 μW) a 637 nm (arriba). MW1 (MW2) denota excitación MW resonante con el m _s = 0 ↔ m _s = −1 (m _s = 0 ↔ m _s = +1) transición en el triplete del estado fundamental; la duración de los pulsos π es de 100 ns. NV relativo^- población del estado de carga en función del intervalo de ionización τ _yo para un NV representativo en el conjunto (abajo). Todos los experimentos se llevan a cabo a 7 K. PL, fotoluminiscencia; a.u., unidades arbitrarias; λ , longitud de onda; APD, fotodetector de avalanchas; kcts, kilo-cuentas. Crédito:Nanotecnología de la Naturaleza (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01542-9

Físicos del City College de Nueva York han desarrollado una técnica con potencial para mejorar la capacidad de almacenamiento óptico de datos en diamantes. Esto es posible multiplexando el almacenamiento en el dominio espectral. La investigación de Richard G. Monge y Tom Delord, miembros del Grupo Meriles de la División de Ciencias de CCNY, se titula "Almacenamiento de datos ópticos reversibles por debajo del límite de difracción" y aparece en la revista Nature Nanotechnology. .

"Esto significa que podemos almacenar muchas imágenes diferentes en el mismo lugar del diamante usando un láser de un color ligeramente diferente para almacenar información diferente en diferentes átomos en los mismos puntos microscópicos", dijo Delord, investigador asociado postdoctoral en CCNY. "Si este método se puede aplicar a otros materiales o a temperatura ambiente, podría llegar a aplicaciones informáticas que requieran almacenamiento de alta capacidad".

La investigación del CCNY se centró en un elemento diminuto de los diamantes y materiales similares, conocido como "centros de color". Básicamente, se trata de defectos atómicos que pueden absorber luz y servir como plataforma para lo que se denominan tecnologías cuánticas.

"Lo que hicimos fue controlar la carga eléctrica de estos centros de color con mucha precisión utilizando un láser de banda estrecha y condiciones criogénicas", explicó Delord. "Este nuevo enfoque nos permitió esencialmente escribir y leer pequeños fragmentos de datos a un nivel mucho más fino de lo que antes era posible, hasta un solo átomo".

Las tecnologías de memoria óptica tienen una resolución definida por lo que se llama el "límite de difracción", es decir, el diámetro mínimo al que se puede enfocar un haz, que escala aproximadamente a la mitad de la longitud de onda del haz de luz (por ejemplo, la luz verde tendría un límite de difracción de 270 nm).

"Entonces, no puedes usar un haz como este para escribir con una resolución menor que el límite de difracción porque si desplazas el haz menos que eso, impactarías lo que ya escribiste. Entonces, normalmente, las memorias ópticas aumentan la capacidad de almacenamiento al hacer que la longitud de onda más corto (cambiando al azul), por eso tenemos la tecnología 'Blu-ray'", dijo Delord.

Lo que diferencia el enfoque de almacenamiento óptico CCNY de otros es que elude el límite de difracción explotando los ligeros cambios de color (longitud de onda) que existen entre los centros de color separados por menos del límite de difracción.

"Al ajustar el haz a longitudes de onda ligeramente desplazadas, se puede mantener en la misma ubicación física pero interactuar con diferentes centros de color para cambiar selectivamente sus cargas, es decir, escribir datos con resolución de subdifracción", dijo Monge, becario postdoctoral en CCNY, que participó en el estudio como Ph.D. estudiante del Graduate Center, CUNY.

Otro aspecto único de este enfoque es que es reversible. "Se puede escribir, borrar y reescribir un número infinito de veces", señaló Monge. "Si bien existen otras tecnologías de almacenamiento óptico que también pueden hacer esto, este no es el caso típico, especialmente cuando se trata de alta resolución espacial. Un disco Blu-ray es nuevamente un buen ejemplo de referencia:puedes escribir una película en él. pero no puedes borrarlo y escribir otro."

Más información: Richard Monge et al, Almacenamiento de datos ópticos reversibles por debajo del límite de difracción, Nature Nanotechnology (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01542-9

Información de la revista: Nanotecnología de la naturaleza

Proporcionado por City College de Nueva York

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