2月22日消息，據EENewsEurope 報道，芝加哥大學普利茲克分子工程學院 （UChicago PME） 的研究人員探索了一種從晶體缺陷中制造 “1” 和 “0” 的技術，每個缺陷都相當于經典計算機內存應用的單個原子的大小，允許“在只有1立方毫米大小的小立方體材料中實現 TB 級比特”的數據。

作為跨學科方法的結果，這項創新利用量子技術將輻射劑量計（存儲醫院工作人員從 X 射線機吸收的輻射量的設備）的研究轉變為開創性的微電子內存存儲。

“每個記憶單元都是一個缺失的原子——一個缺陷，”芝加哥大學 PME 助理教授兼實驗室監督員 Tian Zhong介紹：“現在，您可以將數 TB 比特數據封裝在只有一毫米大小的小立方體材料中。”

博士后研究員和原始論文的第一作者 Leonardo Fran?a 解釋了所有這些工作原理的一些更詳細的細節。他說：“我們找到了一種將應用于輻射劑量學的固體物理學與一個在量子方面工作很強的研究小組相結合的方法，盡管我們的工作并不完全是量子。對研究量子系統的人有需求，但與此同時，也有提高經典非易失性存儲器存儲容量的需求。正是在量子和光學數據存儲之間的這個接口上，我們的工作奠定了基礎。”

這一切都始于 Fran?a 在巴西圣保羅大學攻讀博士學位期間，當時他正在研究輻射劑量計。

“例如，在醫院和粒子加速器中，需要監測人們暴露于多少輻射劑量，”Fran?a 說。“有些材料可以吸收輻射并將這些信息存儲一段時間。”

通過光學技術，Fran?a 可以縱和“讀取”這些信息。

“當晶體吸收足夠的能量時，它會釋放電子和空穴。而這些指控被缺陷所掩蓋，“Fran?a 說。“我們可以閱讀這些信息。你可以釋放電子，我們可以通過光學方式讀取信息。

看到內存存儲的潛力后，Fran?a 將這項非量子工作帶入了 Tian Zhong 的量子實驗室，以利用量子技術構建經典內存。

內存存儲技術使用“稀土”離子（鑭系元素）——特別是一種叫做鐠的稀土元素和一種氧化釔晶體。然而，該工藝可以用于各種材料，利用稀土強大、靈活的光學特性。

“眾所周知，稀土具有特定的電子躍遷，允許您選擇特定的激光激發波長進行光學控制，從紫外到近紅外范圍，”Fran?a 說。

與由 X 射線或伽馬射線激活的劑量計不同，晶體內存存儲設備是使用簡單的紫外線激光激活的。激光刺激鑭系元素，鑭系元素反過來釋放電子。電子被氧化物晶體的一些缺陷捕獲——例如，結構中單個氧原子應該存在但實際上沒有的單個間隙。

“不可能找到沒有缺陷的晶體——無論是自然界還是人造晶體——”Fran?a 說。“所以我們正在做的是利用這些缺陷。”

雖然這些晶體缺陷通常用于量子研究，在從拉伸鉆石到尖晶石的寶石中糾纏在一起形成“量子比特”，但芝加哥大學 PME 團隊發現了另一種用途。他們能夠指導缺陷何時收費，哪些不收費。通過將帶電間隙指定為“1”，將未帶電間隙指定為“0”，他們將晶體變成了一個強大的內存存儲設備。

“在這個1毫米立方體中，我們證明了至少有大約 10 億個基于原子的記憶——經典記憶、傳統記憶，” Tian Zhong說。