Vn-Z.vn Ngày 28 tháng 10 năm 2024, Trong thời đại số hóa, các phương tiện lưu trữ quang học truyền thống như CD và DVD dần bị thay thế bởi các công nghệ lưu trữ trực tuyến và đám mây. Tuy nhiên, các nhà khoa học có thể vừa khám phá ra một công nghệ lưu trữ để phục hồi đĩa quang với khả năng lưu trữ mật độ cao vượt trội.
Nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc nhúng các nguyên tử đất hiếm vào vật liệu rắn, và sử dụng chuyển đổi photon giữa các nguyên tử này với các khuyết tật lượng tử gần đó để lưu trữ dữ liệu. Công trình này vừa được công bố trên tạp chí
Physical Review Research.
Một trong những thách thức lớn nhất của lưu trữ quang học truyền thống là giới hạn nhiễu xạ ánh sáng: kích thước của mỗi bit không thể nhỏ hơn bước sóng của laser đọc và ghi dữ liệu, khiến mật độ lưu trữ bị giới hạn. Nhóm nghiên cứu đã phát triển một giải pháp đột phá bằng cách sử dụng công nghệ ghép kênh bước sóng và nhúng các chất phát xạ đất hiếm, như tinh thể magie oxit, vào trong vật liệu. Mỗi chất phát xạ sử dụng một bước sóng hơi khác nhau, giúp tăng dung lượng lưu trữ trên cùng một không gian.
Ban đầu, các nhà khoa học đã mô phỏng và xây dựng mô hình lý thuyết về loại vật liệu chứa nguyên tử đất hiếm này, cho phép hấp thụ và tái phát xạ photon, trong khi các khuyết tật lượng tử gần đó có thể bắt giữ và lưu trữ photon này. Một phát hiện quan trọng là trạng thái spin của khuyết tật lượng tử sẽ đảo khi hấp thụ năng lượng từ các nguyên tử lân cận. Sau khi đảo, trạng thái này gần như không thể phục hồi, giúp dữ liệu lưu trữ lâu dài.
Công nghệ này tận dụng hiện tượng chuyển năng lượng giữa các điểm phát xạ (emitters) được nhúng trong vật liệu rắn, như các khuyết tật điểm (point defects), vốn là một cơ chế chuyển năng lượng phức tạp có sự tham gia của nhiều yếu tố như tunneling trực tiếp, photon và phonon. Phương pháp này đặc biệt tập trung vào việc chuyển năng lượng thông qua photon từ nguồn phát tới nơi hấp thụ, còn được biết đến dưới dạng chuyển năng lượng cộng hưởng phát huỳnh quang (FRET) hoặc chuyển năng lượng cộng hưởng phi bức xạ (NRET). Để đạt được điều này, các nhà khoa học sử dụng công nghệ ghép kênh bước sóng, giúp mở rộng khả năng lưu trữ bằng cách sử dụng nhiều bước sóng khác nhau để tối ưu hóa không gian.
Các thử nghiệm bước đầu đã cho thấy, khi nhúng nguyên tử đất hiếm vào vật liệu oxit như tinh thể magie oxit (MgO), các photon từ nguồn phát có thể chuyển đổi trạng thái spin, cho phép kéo dài tuổi thọ lưu trữ của dữ liệu và tăng mật độ lưu trữ lên mức “siêu cao”. Phương pháp lưu trữ mới này không chỉ mở ra khả năng lưu trữ dữ liệu trong thời gian dài mà còn có tiềm năng ứng dụng trong các mạng lượng tử tương lai.
Mặc dù đây là một bước đột phá đầy tiềm năng, vẫn còn nhiều vấn đề cần giải quyết, chẳng hạn như kiểm chứng tính bền của trạng thái kích thích. Hiện tại, nhóm nghiên cứu chưa đưa ra ước tính cụ thể về dung lượng, nhưng khẳng định công nghệ này hứa hẹn đạt được “mật độ siêu cao”. Dù đối mặt nhiều thách thức, các nhà khoa học rất lạc quan về tiềm năng của công nghệ này và xem đây là “một bước đầu tiên to lớn”.