Diamant ist ein vielversprechendes Material für die Datenspeicherung, und jetzt haben Wissenschaftler eine neue Möglichkeit aufgezeigt, mehr Daten hineinzuschreiben, sogar in einzelne Atome.Diese Technologie umgeht physikalische Einschränkungen und schreibt Daten mit unterschiedlichen Lichtfarben an dieselben Stellen. Diamant hat ein enormes Potenzial als Datenspeichermedium – jüngste Entwicklungen haben 2 Zoll (5 cm) große Diamantwafer hervorgebracht, die das Äquivalent von einer Milliarde Blu-ray-Discs speichern können.
Interessanterweise schreibt es Daten nicht in den Diamanten selbst, sondern in winzige Stickstoffdefekte im Material. Diese Defekte absorbieren Licht und werden daher „Farbzentren“ genannt.
Typischerweise haben optische Speichertechnologien eine strenge Grenze hinsichtlich der Feinheit, mit der sie Daten schreiben können – schließlich gibt es eine Grenze für den kleinsten Durchmesser, auf den ein Laserstrahl fokussiert werden kann. Dieser Durchmesser wird Beugungsgrenze genannt und ist proportional zur Wellenlänge des verwendeten Lichts.
Tom Delord, Co-Autor der Studie, sagte: „Man kann einen solchen Strahl nicht verwenden, um Daten mit einer Auflösung zu schreiben, die kleiner als die Beugungsgrenze ist, denn wenn man den Strahl kleiner als die Beugungsgrenze verschiebt, wirkt sich das auf die geschriebenen Daten aus. Normalerweise erhöht ein optischer Speicher die Speicherkapazität durch Verkürzung der Wellenlänge (Verschiebung nach Blau), weshalb wir über die „Blaulicht“-Technologie verfügen.“
Doch in dieser neuen Studie fanden Forscher der City University of New York (CUNY) einen Weg, die Beugungsbeschränkungen zu umgehen. Der Trick besteht darin, unterschiedliche Lichtwellenlängen zu verwenden, um Daten in die Mitte der Farbe zu schreiben, die näher an der Beugungsgrenze liegt. Beispielsweise ist es möglicherweise nicht möglich, zwei „Grüntöne“ nebeneinander zu platzieren, aber wenn Sie Grün, Rot und Blau abwechseln, können Sie theoretisch dreimal mehr Daten in einem Bereich speichern als mit einer einzelnen Farbe.
„Wir haben einen Schmalbandlaser und kryogene Bedingungen verwendet, um die Ladung in diesen Farbzentren sehr präzise zu steuern“, sagte Delord. „Mit dieser neuen Methode können wir winzige Datenbits auf einer viel feineren Ebene als bisher schreiben und lesen, sogar bis hin zu einzelnen Atomen.“
In Tests zeigte das Forschungsteam, dass die Technologie 12 verschiedene Bilder mit unterschiedlichen Frequenzen am selben Ort einprägen kann, mit einer Datendichte von 25 GB pro Quadratzoll (6,4 Quadratzentimeter). Im Vergleich dazu verfügt eine herkömmliche Single-Layer-Blu-ray-Disc nur über eine begrenzte Kapazität auf ihrer gesamten Oberfläche. Ein zusätzlicher Bonus ist, dass die Technologie reversibel ist, sodass Daten praktisch so oft wie nötig geschrieben, gelöscht und neu geschrieben werden können.
Das Team sagt, dass die Technik mit weiteren Arbeiten auf andere Materialien und möglicherweise bei Raumtemperatur statt unter kryogenen Bedingungen angewendet werden könnte.
Die Forschung wurde in der Zeitschrift Nature Nanotechnology veröffentlicht.