Miếng tinh thể chỉ vài mili mét này có thể lưu trữ hàng terabyte dữ liệu

Miếng tinh thể trong hình cover là thành quả nghiên cứu của các nhà khoa học thuộc trường kỹ thuật phân tử Pritzkee, thuộc đại học Chicago, Mỹ. Thành tựu xứng đáng được gọi là bước ngoặt này cho phép lưu trữ hàng terabyte dữ liệu vào một miếng tinh thể hình khối lập phương, mỗi cạnh chỉ có kích thước đúng 1 mili mét.

Để làm được điều này, thay vì cố gắng tạo ra một khối tinh thể hoàn hảo không có điểm gợn, các nhà nghiên cứu tìm cách tận dụng những đứt gãy trong kết nối nguyên tử bên trong khối tinh thể, từ đó lưu trữ dữ liệu số, dưới dạng giá trị nhị phân 0 và 1.

Lưu trữ dữ liệu số trước giờ vẫn luôn như vậy, luôn phụ thuộc vào cách hệ thống điện toán “bật” và “tắt” từng giá trị nhị phân. Tuy nhiên kể cả bộ nhớ điện tĩnh hay bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên, kích thước vật lý của từng cell nhớ hiện giờ luôn là rào cản giới hạn lượng dữ liệu có thể lưu trữ trong một thiết bị.

Đó là lúc các nhà nghiên cứu tại trường Pritzkee của đại học Chicago tìm tới giải pháp vượt qua rào cản kể trên. Miếng tinh thể trong hình cover được sử dụng để chứng minh rằng, hoàn toàn có thể lợi dụng những đứt gãy trong kết cấu tinh thể vật liệu, đặc biệt là những nguyên tử thiếu hụt so với kết cấu lý tưởng của tinh thể, từ đó lưu trữ dung lượng dữ liệu số cực kỳ lớn, tính theo đơn vị terabyte trong không gian chỉ vài mili mét khối.

Leonardo França, nghiên cứu sinh, một trong những người thực hiện cuộc nghiên cứu này viết trong báo cáo đăng tải trên tờ tạp chí Nanophotonics: “Chúng tôi đã tìm ra một cách để tích hợp vật lý thể rắn áp dụng với phép đo liều bức xạ, rồi hợp tác với một nhóm nghiên cứu chuyên biệt về lĩnh vực lượng tử. Dù vậy, thành quả nghiên cứu của chúng tôi không hẳn chỉ áp dụng được với vật lý lượng tử.”

Theo các nhà nghiên cứu tại Mỹ, cứ mỗi đứt gãy, mỗi nguyên tử thiếu hụt trong kết cấu tinh thể đều có thể trở thành một điểm lưu trữ giá trị nhị phân 0 hoặc 1, vận hành như một cell nhớ truyền thống, kết hợp cả lý thuyết vật lý lượng tử với cách vận hành của thiết bị điện toán phổ biến hiện nay.

Đứng đầu cuộc nghiên cứu này là giáo sư Tian Zhong. Dưới sự dẫn dắt của ông, nhóm nghiên cứu sinh tạo ra loại vật liệu mới, kết hợp những ion đất hiếm vào kết cấu tinh thể. Những ion praseodymium được đưa vào khối tinh thể yttrium oxide. Theo họ, lựa chọn ion đất hiếm và lựa chọn tinh thể để tạo ra thiết bị lưu trữ là rất đa dạng, nhờ vào những yếu tố quang học rất linh hoạt của các nguyên tố đất hiếm.

Rồi miếng tinh thể này được kích hoạt lưu trữ giá trị nhị phân bằng laser bước sóng cực tím, sạc năng lượng cho ion đất hiếm, khiến nó thả electron ra. Những electron này sau đó bị giam trong những đứt gãy tự nhiên của tinh thể. Bằng cách kiểm soát tình trạng điện tích của những khe hở và đứt gãy ấy, các nhà nghiên cứu tạo ra được cả một hệ thống nhị phân. Khe nào có điện tích là 1, không có điện tích là 0.

França cho biết: “Cộng đồng nghiên cứu hệ thống máy tính lượng tử luôn có nhu cầu bộ nhớ dung lượng cao. Nhưng cùng lúc, bộ nhớ điện tĩnh truyền thống phổ biến hiện nay cũng có nhu cầu cải thiện dung lượng. Công trình nghiên cứu của chúng tôi dựa trên chính nền tảng kết hợp giữa cả lý thuyết lượng tử với lưu trữ quang học truyền thống.”

Theo Techspot