Фото 1. Кристалл, используемый в исследовании, заряжается под действием ультрафиолетового света. Процесс, созданный в Чикагской школе молекулярной инженерии Притцкера, лаборатория Чжун, может использоваться с различными материалами, используя мощные, гибкие оптические свойства редкоземельных элементов. Кредит: Чикагская школа молекулярной инженерии Притцкера / лаборатория Чжун.

Инновация является настоящим примером междисциплинарных исследований Чикагского университета, использующих квантовые методы для революционного преобразования классических неквантовых компьютеров и превращающих исследования дозиметров радиации (чаще всего известных как устройства, которые хранят информацию о количестве радиации, поглощаемой работниками больниц от рентгеновских аппаратов) в новаторское микроэлектронное хранилище данных.

Фото 2. Учёные в лаборатории доцента Тянь Чжуна из Школы молекулярной инженерии им. Притцкера при Чикагском университете, включая постдокторанта и первого автора Леонардо Франсу (на фото), исследовали метод сохранения памяти из дефектов кристаллов. Кредит: Школа молекулярной инженерии им. Притцкера при Чикагском университете / Лаборатория Чжуна.

Суть идеи микроэлектронного устройства, основанного на квантовой технологии

Когда кристалл поглощает достаточно энергии, он высвобождает электроны и дырки. И эти заряды захватываются дефектами. Можно считывать эту информацию, можно высвобождать электроны, а можно считывать информацию оптическими средствами.

В силу того, что редкоземельные элементы обладают специфическими электронными переходами, которые позволяют выбирать определенные длины волн лазерного возбуждения для оптического управления — от УФ- до ближнего инфракрасного диапазона, для создания новой технологии хранения информации учёные добавили в кристалл лантаноиды — ионы "редкоземельных" элементов. В частности, были использованы редкоземельный элемент празеодим и кристалл оксида иттрия, но описанный процесс можно применять с различными материалами, используя мощные и гибкие оптические свойства редкоземельных элементов.

В отличие от дозиметров, которые обычно активируются рентгеновскими или гамма-лучами, здесь запоминающее устройство активируется простым ультрафиолетовым лазером. Лазер стимулирует лантаноиды, которые в свою очередь высвобождают электроны. Электроны захватываются некоторыми дефектами оксидного кристалла, например, отдельными зазорами в структуре, где должен быть один атом кислорода, но его нет.

Учёным удалось определить, когда дефекты заряжены, а когда нет. Обозначив заряженный зазор как "единицу", а незаряженный как "ноль", получилось превратить кристалл в мощное устройство хранения памяти в масштабах, невиданных в классических вычислениях.