Les dispositifs qui peuvent s'allumer ou s'éteindre (comme un interrupteur) permettent de stocker des données. Une équipe de l'Université de Chicago travaille sur une méthode innovante pour y parvenir, en utilisant des cristaux.
Dans un ordinateur, les données (1 ou 0) sont stockées via des transistors qui alternent entre deux états électriques. Sur un CD, ces 1 et 0 correspondent à des creux et des surfaces lisses. Les scientifiques ont trouvé comment utiliser des imperfections minuscules, de la taille d'un atome, dans des cristaux pour représenter ces 1 et 0. Leur idée pourrait permettre de stocker l'équivalent d'un disque dur actuel dans un cube de matériau gros comme un grain de sable (1 mm de coté).
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Nanophotonics, leur recherche combine des éléments de physique quantique avec des techniques classiques. En contrôlant des défauts dans les cristaux, ils définissent une zone chargée électriquement comme "1" et une zone neutre comme "0". L'équipe utilise des terres rares comme le praséodyme, intégrés dans un cristal. Ces matériaux réagissent à la lumière de manière précise. Un laser ultraviolet active le système, libérant des électrons qui restent piégés dans les défauts du cristal.
Habituellement étudiés pour l'informatique quantique, ces défauts sont ici détournés pour du stockage classique. En maîtrisant leur charge électrique, les chercheurs créent une mémoire ultra-miniature. "Dans un minuscule petit cube, on compte au moins un milliard de 'bits' de stockage basés sur des atomes", explique Tian Zhong, responsable du projet. Cette approche mêle physique des matériaux et technologies quantiques pour repenser le stockage de données.
Un cristal devient lumineux sous une lampe UV. Cette réaction, étudiée par le laboratoire Zhong, utilise des propriétés de "terres rares".
Crédit: UChicago Pritzker School of Molecular Engineering / Zhong Lab Comment stocker des données dans un cristal ?
L'astuce réside dans le contrôle de charges électriques invisibles à l'œil nu. Quand on éclaire le cristal avec un laser UV, des électrons se libèrent et se coincent dans des imperfections (comme des absences d'atomes). Ces pièges deviennent des "1" s'ils contiennent une charge, et des "0" s'ils sont vides. Les "terres rares" rendent ce contrôle possible. En ajustant la couleur du laser, on peut écrire ou effacer des données.
Contrairement aux disques durs ou clés USB, cette méthode permet une densité de stockage bien plus élevée: chaque bit occupe l'espace d'un atome. Même si le principe s'appuie sur des concepts quantiques, il s'applique ici à des mémoires classiques. C'est un exemple de comment la science fondamentale peut améliorer des technologies du quotidien.
Pourquoi utiliser des terres rares ?
Les terres rares, comme le praséodyme, ont une interaction unique avec la lumière. Elles peuvent absorber ou émettre des couleurs spécifiques (de l'UV à l'infrarouge), ce qui permet de les contrôler avec des lasers.
Dans le cristal, ces éléments libèrent des électrons quand on les éclaire. Ces électrons remplissent ensuite les défauts atomiques, créant les 1 et 0. La stabilité des terres rares assure que les données restent intactes longtemps, même sans électricité.
Leur polyvalence ouvre la porte à des dispositifs compacts et ultra-performants. Combinées aux avancées en nano-technologie, elles pourraient révolutionner notre façon de conserver les données.