A mecânica quântica ajudou a inventar uma memória óptica de densidade inimaginável

Uma equipe de cientistas norte-americanos conseguiu combinar a teoria da mecânica quântica e a gravação digital, abrindo caminho para uma memória óptica potencialmente ultradensa. A gravação é realizada por emissores de tamanho atômico embutidos na própria memória, e as células para armazenamento de informações são múltiplos defeitos na estrutura atômica da memória. Tudo isso envolve uma mudança controlada nos estados quânticos dos defeitos, representando uma mistura de física clássica e quântica.

Fonte da imagem: Giulia Galli

A pesquisa e o desenvolvimento de modelos dos fenômenos em estudo foram realizados por físicos do Laboratório Nacional Argonne do Departamento de Energia dos EUA e da Escola Pritzker de Engenharia Molecular da Universidade de Chicago. Primeiro, fizeram simulações e previram possíveis resultados, para só depois realizarem experimentos. O trabalho realizado pelos cientistas é inovador em muitos aspectos. Ninguém ainda estudou a questão de como os defeitos na estrutura atômica dos materiais sólidos se comportarão se emissores de energia (fótons) estiverem localizados próximos a eles na faixa nanométrica. Na verdade, trata-se de física de campo próximo, que não é fácil de estudar, principalmente devido ao surgimento de vários tipos de efeitos quânticos.

«”Desenvolvemos a física fundamental de como a transferência de energia entre defeitos pode fundamentar um método de armazenamento óptico incrivelmente eficiente”, disse Giulia Galli, professora da Universidade de Chicago e cientista sênior do Laboratório Nacional de Argonne. “Este estudo ilustra a importância de estudar os primeiros princípios e teorias da mecânica quântica para iluminar tecnologias novas e emergentes.”

Se considerarmos, por exemplo, discos ópticos, então o ponto mínimo permitido para gravação será limitado pelo limite de difração do sistema óptico e não pode ser inferior ao comprimento de onda do laser de gravação. Os cientistas propuseram saturar o material com átomos de elementos de terras raras, que se distinguem pelo fato de serem capazes de reemitir a luz incidente sobre eles em uma faixa mais estreita e em outros comprimentos de onda. Isso poderia criar um material com miríades de “lasers” de gravação em seu interior, cada um dos quais teria o tamanho de um átomo.

Da mesma forma, o material pode ficar saturado com células de registro, o que seriam defeitos na estrutura cristalina. Dados átomos e defeitos de terras raras suficientes, a maioria deles estaria a uma distância nanométrica um do outro. A essência da descoberta é que os emissores de terras raras (mais precisamente, os reemissores) alteram irreversivelmente ou por muito tempo os estados quânticos de defeitos próximos (transferem-nos de um estado singleto para um estado tripleto). E esta é a memória operando na faixa óptica. E uma memória muito densa – no nível da estrutura atômica.

Os cientistas alertam que ainda têm pouco conhecimento de muitos dos mecanismos de funcionamento dessa memória, mas não têm dúvidas de que esta é uma forma interessante e promissora de atender às necessidades da humanidade na preservação de arquivos digitais.