Baner ny vei: Hvordan manipulering av diamantens ‘farge‑sentra’ kan revolusjonere datalagring?

Fargesentre i diamanter er noe forskere og det vitenskapelige fellesskapet har vært svært interessert i den siste tiden. Før vi går dypere inn i hvordan de kan bidra til å møte vårt økende lagringsbehov, la oss få en rask forståelse av hva disse fargesentrene i diamanter er. 

Hva er fargesentre?

Fargesentre er defekter i bindingsstrukturen til et materiale. Bindingene, i dette tilfellet, innebærer en langvarig tiltrekning mellom atomer eller ioner i et molekyl. Kraften som binder atomene eller ionene kan være elektrostatiske krefter mellom motsatt ladede ioner. Den kan også stamme fra deling av elektroner. 

Defektene i bindingsstrukturen kan manifestere seg i ulike former, som hull, eksitoner, vakansier eller urenheter. Eksitoner er i hovedsak bare elektroner som sitter i eksiterte tilstander. 

Fargesentre eksisterer som lokaliserte punkter i materialet hvor bindingsstrukturen har blitt endret. Dannelse av fargesentre fører til endring av materialets molare brytningsindeks. I tilfelle av diamanter viser imidlertid fargesentre seg nyttige for kvanteapplikasjoner. 

Enda viktigere har det vitenskapelige fellesskapet undersøkt fargesentre de siste årene for deres forbedrede optiske egenskaper. De fant at nitrogen‑vakansesenteret er spesielt nyttig på grunn av sin høye spinn‑grunnstilstand med gunstig spinn‑koherenstid fra kryogen til romtemperatur. 

Nylig har fysikerne ved City College of New York (CCNY) kommet opp med en teknikk som potensielt kan styrke og utvide datalagringskapasiteten i diamanter. 

Klikk her for listen over de beste sky‑databehandlingsselskapene.

Gjennombrudd innen optisk datalagring: Fargesentre i diamanter og et vitenskapelig gjennombrudd

Forskningen, med tittelen “Reversible Optical Data Storage (DTST ) below the Diffraction Limit,” dreier seg om teknologien for å multippelere lagring i det spektrale domenet. Den innebærer muligheten til å lagre mange forskjellige bilder på samme sted i diamanten. Alt som trengs er bruk av en laser med en marginalt annen farge. Følgelig vil dette resultere i lagring av variert informasjon i forskjellige atomer som deler det samme mikroskopiske punktet. 

Ifølge Tom Delord, postdoktoral forskningsassistent ved CCNY, er metoden i stand til å finne sin vei “til databehandlingsapplikasjoner” som krever “høykapasitetslagring.” 

For å oppnå det de har gjort så langt, måtte forskerne ved CCNY kontrollere den elektriske ladningen til fargesentrene. De oppnådde dette ved å bruke en smalbåndslaser og kryogene forhold med høy presisjon. Det er relevant å nevne at kryogenikk er den vitenskapelige studien av materialer og deres oppførsel ved ekstremt lave temperaturer. 

Ifølge forskerne hjalp metoden dem:

“Skrive og lese små biter av data på et mye finere nivå enn tidligere mulig, ned til ett enkelt atom.” 

Hvorfor er gjennombruddet viktig?

I hovedsak viser forskningen oss hvordan vi kan lagre mer data i et begrenset rom. Dette blir stadig viktigere, ettersom forskningen og relaterte utviklinger er svært avgjørende for vår tid. Viktigheten av disse utviklingene understrekes av det faktum at datavolumet vi må lagre har økt eksponentielt hver dag.

I kontekst, ifølge den nyeste forskningen, finnes det 64 zettabyte data i verden kun i digital form, hvor én zettabyte tilsvarer en billion gigabyte. Bemerkelsesverdig er at 90 % av verdens data ble skapt i de siste to årene. Det anslås at innen 2025 vil det globale datavolumet skyte i været til mellom 150‑175 zettabyte, hvor IoT‑enheter alene står for 90 zettabyte av dette.

Gitt denne enorme økningen i dataskaping, kan løsningen utviklet ved å manipulere diamantfargesentre hjelpe med å lagre mer data uten ekstra innsats, noe som resulterer i en betydelig utvidelse av den fysiske lagringsplassen. Denne fremgangen er tidsriktig, med tanke på det økende behovet for betydelig fysisk lagringsplass i ulike sektorer.

For eksempel er Facebook ansvarlig for å generere 4 petabyte data per dag, hvor 1 petabyte tilsvarer 1 million gigabyte data. For å støtte dette eier og driver Facebook 18 datasentre globalt, som omfatter 40 millioner kvadratfot med plass. Likevel er Facebook bare ett av teknologigigantene som sliter med enorme datamengder. Google‑søkemotoren behandler 3,5 milliarder spørringer daglig, WhatsApp‑brukere utveksler over 65 milliarder meldinger per dag, og internettbrukere verden over genererer nesten 2,5 kvintillioner byte data hver dag. Dette understreker et ustoppelig behov for lagring, lagring og mer lagring.

Uten tvil vil CCNY‑informasjonen med diamantfargesentre være en spillveksler når den skaleres opp. 

Tidligere forskning på germanium‑vakansesingle‑fargesentre i diamant

Lignende forskning på fargesentre i diamanter ble også utført tidligere. Forskning publisert i 2015, for eksempel, bidro til å forstå de atomstørrelses fluorescerende defektene i diamanter som en lovende fast‑stoff‑plattform for kvantekryptografi og kvanteinformasjonsbehandling, og tjente som et grunnleggende steg for påfølgende studier på dette området.

Forskningen testet gjennomførbarheten av å bruke enkelt‑fotonkilder med høy intensitet og reproduserbare fremstillingsmetoder for dette formålet. Studien bemerket et nytt fargesenter i diamant, bestående av germanium og en vakans, som forskerne kalte GeV‑senteret. 

En annen forskning, publisert i 2022, utført av forskere ved Saga University og Adamant Namiki Precision Jewelry, førte til utviklingen av en ny metode for å produsere ultra‑høyt rene diamant‑wafere. Disse diamant‑wafrene måler 5 cm i diameter. 

Med deres datatettleik kan disse wafrene lagre tilsvarende en milliard Blu‑ray‑plater. For å sette dette i perspektiv kan en typisk Blu‑ray‑plate lagre opptil 25 GB data. Derfor vil en milliard Blu‑ray‑plater tilsvare imponerende 25 exabyte data. For å oppnå dette benyttet forskningen et nitrogen‑vakansesenter for å lagre data i form av superledende kvante‑biter (qubits). 

Mer om Adamant Namiki Precision Jewelry eller Orbray

Adamant Namiki Precision Jewelry endret navn til Orbray Co., Ltd., med virkning fra 1. januar 2023. Selskapet har et omfattende produktsortiment, inkludert presisjons­smykker, fiber‑optiske komponenter og små motorer. Etter anvendelse betjener selskapet feltene informasjonsteknologi, halvledere, industrimaskiner, roboter, biler, optiske drivsystemer, lydproduksjon og mye mer. 

Grunnlagt i 1939 og med hovedkontor i Tokyo, Japan, er Orbray et privat selskap. 

Selskaper som arbeider med diamant‑wafer‑teknologi

Mens Orbray er kjent for å produsere diamant‑wafere spesifikt for lagring, finnes det få andre i bransjen som har utviklet en sammenlignbar lagringsløsning. Det er imidlertid bemerkelsesverdig at mange andre selskaper produserer diamant‑wafere for ulike andre formål. Dette fortjener oppmerksomhet ettersom disse selskapene kan også gå inn i lagringsløsninger i nær fremtid, gitt deres eksisterende kunnskap om den grunnleggende teknologien.

#1. Stanford Advanced Materials

Et annet selskap kjent for å produsere diamant‑wafere er Stanford Advanced Materials. De tilbyr et produkt kjent som CVD Diamond Wafer, som er bemerkelsesverdig for sine førsteklasses optiske og termiske egenskaper. Videre hevder de at disse diamant‑wafrene har utmerkede fysiske og kjemiske egenskaper. Spesielt har de et nesten kontinuerlig bånd av optisk transparens fra UV til THz, noe som gjør dem kompatible med flere bølgelengdeområder, inkludert røntgen, ultrafiolett, infrarød, mikrobølge og mer.

CVD diamond wafers har mange egenskaper som er nesten umulige å oppnå for generelle optiske materialer. For eksempel kan de spille en avgjørende rolle ved høy energiinntak, lav dielektrisk tap, høy Raman‑forsterkning, lav stråle‑forvrengning, erosjonsmotstand og andre aspekter. 

Stanford sine CVD‑diamond‑wafere betjener mange industrier, inkludert luftfart, militær og andre. De er svært effektive i termisk styring, spesielt i høy‑effekt, høy‑frekvens, miniaturiserte og høyt integrerte elektroniske komponenter. 

Med hovedkontor i Lake Forest, California, USA, har Stanford Advanced Materials vært i drift siden 1994 og er et privat selskap. 

#2. AKHAN Semiconductors

Et annet halvleder‑selskap som gjør det svært bra med å produsere diamant‑wafere er Akhan Semiconductors. I 2021 produserte de de første 300 mm komplementære metall‑oksid‑halvleder (CMOS) diamant‑wafrene. Teknologien ble primært utviklet for å forbedre kraft‑håndtering, varme‑styring og holdbarhet i elektronikk. Den betjener imidlertid en rekke industrier og produksjonsprosesser. Ifølge administrerende direktør i Akhan Semiconductor, Adam Khan, Akhan sine diamant‑wafere vil bidra til å bygge kraftigere og mer holdbare enheter. 

Med hovedkontor i Illinois, USA, er Akhan Semiconductor et privat selskap som ble grunnlagt i 2012. Ifølge de siste tilgjengelige nyhetene hentet selskapet inn US$20 millioner den 17. februar 2022. 

Andre datalagringsløsninger

Selv om utforskning av fargesentre i diamanter definitivt er en spillvekslende innovasjon innen datalagring, er løsningen ennå ikke skalert opp. 

Et teknologisk gigant som stadig eksperimenterer med nye og forbedrede datalagringsteknologier er Intel (INTC ). De har flere innovative lagringsteknologier å tilby. 

#1. Intel Storage Technologies 

Dens Optane Technology, for eksempel, hjelper med å eliminere flaskehalser i datasenter‑lagring, slik at brukere kan håndtere større, mer kostnadseffektive datasett. Dens 3D NAND‑teknologiprodukter er kjent for sin kapasitet og pålitelighet. Dens EDSFF SSD‑løsninger bidrar til forbedret kapasitet til lavere kostnader.