Å bryte ny grund: Hvordan manipulering av diamantens ‘farge sentre’ kan transformere data lagring?

Farge sentre i diamanter er noe som forskerne og det vitenskapelige samfunnet har vært svært interessert i i den senere tid. Før vi dykker dyptere inn i hvordan de kan hjelpe med å møte våre økende lagringsbehov, la oss få en rask forståelse av hva disse farge sentrene i diamanter er.

Hva er farge sentre?

Farge sentre er defekter innenfor bindingsstrukturen i et materiale. Bindingene, i dette tilfelle, impliserer langvarig tiltrekning mellom atomer eller ioner innenfor en molekyl. Kraften som binder atomene eller ionene kan være elektrostatiske krefter mellom motsatt ladde ioner. Det kan også stamme fra deling av elektroner.

Defektene innenfor bindingsstrukturen kan manifestere seg på ulike måter, som hull, excitoner, vakanser eller urenheter. Excitoner er ingenting annet enn elektroner fanget i eksiterte tilstander. 

Farge sentre lever som lokaliserede punkter i materialet hvor bindingsstrukturen har endret seg. Dannelse av farge sentre resulterer i endring av et materials molare refraktivitet. Men i tilfelle med diamanter, viser farge sentre seg å være nyttige for kvanteapplikasjoner.

Viktigere, det vitenskapelige samfunnet har vært under undersøkelse av farge sentre i de siste årene for deres forbedrede optiske egenskaper. De fant nitrogen-vakans sentret å være spesielt nyttig for sin høye spin grunntilstand med gunstig spin koherens tid fra kryogen til romtemperatur.

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

Klikk her for listen over de beste skytjenesteselskapene.

Optisk data lagring gjennombrudd: Farge sentre i diamanter og et vitenskapelig gjennombrudd

Forskningen, tittelen “Reversible Optical Data Storage below the Diffraction Limit”, dreier seg om teknologien for multiplexing lagring i det spektrale domenet. Det impliserer muligheten for å lagre mange forskjellige bilder på samme sted i diamanten. Alt det trenger er å bruke en laser av en marginelt annen farge. Deretter vil dette resultere i lagring av ulik informasjon i forskjellige atomer som deler samme mikroskopiske sted.

Ifølge Tom Delord, en postdoktorand forsker ved CCNY, er metoden i stand til å finne veien “til datamaskinapplikasjoner” som krever “høykapasitets lagring”.

For å oppnå hva de har gjort så langt, måtte forskerne ved CCNY kontrollere den elektriske ladningen av farge sentrene. De oppnådde dette ved å bruke en smalbåndslaser og kryogeniske forhold svært nøyaktig. Det ville være pertinent å nevne her at kryogenikk er den vitenskapelige studien av materialer og deres atferd 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 essensen viser forskningen oss veien til å lagre mer data i et endelig rom. Dette er stadig viktigere, ettersom forskningen og relaterte utviklinger er svært kritiske for vår tid og alder. Urgensen av disse utviklingene understrekes av faktum at volumet av data vi trenger å lagre har økt eksponentielt hver dag.

I kontekst, ifølge den siste forskningen, finnes det 64 zettabytes av data i verden i ren digital form, hvor ett zettabyte er lik en billion gigabyte. Merkelig nok ble 90% av verdens data skapt i de siste to årene. Det estimeres at global data volum vil øke til mellom 150-175 zettabytes, med IoT-enheter alene som er ansvarlige for 90 zettabytes av denne data.

Gitt denne forbløffende økningen i data skapelse, kan løsningen utviklet ved å manipulere diamant farge sentre hjelpe med å lagre mer data uten innsats, resulterende i en betydelig utvidelse av fysisk lagringsplass. Dette fremsteget er aktuelt, med tanke på den økende behovet for betydelig fysisk lagringsplass i ulike sektorer.

For eksempel er Facebook ansvarlig for å generere 4 petabytes av data per dag, hvor 1 petabyte er lik 1 million gigabyte av data. For å støtte dette, eier og opererer Facebook 18 data sentre globalt, som omfatter 40 millioner kvadratfot av plass. Likevel representerer Facebook bare ett av teknologigigantene som slåss med massive data volum. Google-søke motoren prosesserer 3,5 milliarder forespørsler daglig, WhatsApp-brukere utveksler over 65 milliarder meldinger per dag, og internettbrukere verden over genererer nesten 2,5 kvintillioner bytes av data hver dag. Dette understreker en uavbrutt etterspørsel etter lagring, lagring og mer lagring.

Utvilsomt vil informasjonen fra CCNY med diamant farge sentre være spillende når den tas i skala.

Fremtidig forskning i diamant farge sentre

Mye forskning er underveis for å utforske og forstå diamant farge sentre bedre. Forskerne er motivert av mange grunner, særlig fordi farge sentrene viser forbedrede optiske egenskaper i forhold til spektral stabilitet, bølgelengde og spin egenskaper. Mens diamant generelt er rik på optiske sentre, forblir den eksakte opprinnelsen til disse sentrene ofte ukjent. Det forventes at fremtidig forskning vil uten tvil gi ytterligere innsikt.

Diamantvafre har vært et betydelig gjennombrudd for stor mengde data lagring. Og det er ett område hvor mye forskning utføres for tiden. Å kjenne diamantvafre bedre vil hjelpe med å forbedre deres egenskaper som lagringssystemer, uten tvil.

Selv om for å drive neste generasjons halvledere, har forskere ved Japans Chiba Universitet utviklet en metode som bruker lasere til å skape diamantvafre.Ifølge Hirofumi Hidai, en professor ved Chiba University School of Engineering:

“Diamant skjæring muliggjør produksjon av høykvalitets vafre til lav kostnad og er uunnværlig for å fabrikere halvleder enheter.” 

Denne nyutviklede metoden er kritisk for årsaker som går utenfor diamants bruk som halvledere. Den hjelper med å utvikle mekanismer for å kontrollere dannelse av sprekk gjennom diamanter så de kan vokse langs et ønsket plan.

I april i år inngikk Amazon Web Services en samarbeidsavtale med De Beers datterselskap Element Six for å utvikle syntetiske diamanter, som vil bli brukt i kvantnøkkel distribusjon. Det som skiller seg ut i dette samarbeidet er deres metode, som innebærer å skape farge sentre i en diamant. Disse farge sentrene vil absorbere fotoner som inneholder kvantinformasjon og senere utsende dem igjen.

Ifølge Antia Lamas-Linares, som leder AWS Center for Quantum Networking:

“Vi [Amazon] kan allerede gjøre noen ting på relativt små skalaer, men for å virkelig ta det til en global skala – AWS er et globalt selskap – er det noen ting som må utvikles.”

For å konkludere, verden vil se mer forskning rettet mot å utnytte diamant farge sentre. Ikke alle av dem vil hjelpe med å forbedre data lagring, men mange av dem vil. Data er drivstoffet som vår moderne verden kjører på. Det er ganske naturlig at ledende selskaper vil investere mer i fremtiden mot løsninger som hjelper med å løse de eksponentielt voksende lagringsbehovene.