Forscher des Argonne National Laboratory des US-Energieministeriums und der Pritzker School of Molecular Engineering der University of Chicago haben einen neuen Speichertyp vorgeschlagen, bei dem optische Daten von einem seltenen Erdelement in einem Feststoffmaterial auf einen nahegelegenen Quantendefekt übertragen werden. Die Analyse dieser Technologie wurde in Physical Review Research veröffentlicht.
Die Forscher kombinierten klassische Physik mit quantenmechanischer Modellierung, um zu zeigen, wie seltene Erdelemente und Defekte innerhalb von Feststoffen interagieren können, um optisch codierte klassische Daten zu speichern. Sie schlugen vor, die Bitdichte des optischen Speichers zu erhöhen, indem sie viele seltene Erdelemente in das Material einbetten und unterschiedliche Lichtwellenlängen verwenden – ein Ansatz, der als Wellenlängenmultiplexing bekannt ist.
Um die Machbarkeit des Ansatzes zu zeigen, untersuchten Galli und ihre Kollegen zunächst die physikalischen Anforderungen für eine effiziente und dichte optische Speicherung. Sie erstellten Modelle eines theoretischen Materials mit Atomen von schmalbandigen seltenen Erdelementemittern. Diese Atome absorbieren Licht und senden dieses Licht bei spezifischen, engen Wellenlängen wieder aus. Die Forscher zeigten, wie dieses Licht mit enger Wellenlänge dann von einem nahegelegenen Quantendefekt eingefangen werden könnte.
Die Forscher präsentierten einen vorhersagenden und allgemeinen Ansatz zur Untersuchung von Energieübertragungsprozessen zwischen lokalisierten Defekten in Halbleitern. Der Ansatz kann auf breite Klassen von Defekten in Festkörpern angewendet werden. Sie wenden den Ansatz an, um einen exemplarischen Punktdefekt in einem Oxid zu untersuchen – das F-Zentrum in MgO – und zeigen, dass die Energieübertragung von einer magnetischen Quelle, z.B. einem seltenen Erde-Verunreiniger, zum Vakuum dazu führen kann, dass spin-nicht-erhaltende langanhaltende Anregungen entstehen.
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