Os dispositivos que podem ligar ou desligar (como um interruptor) permitem armazenar dados. Uma equipe da Universidade de Chicago está trabalhando em um método inovador para alcançar isso, utilizando cristais.
Em um computador, os dados (1 ou 0) são armazenados por meio de transistores que alternam entre dois estados elétricos. Em um CD, esses 1 e 0 correspondem a sulcos e superfícies lisas. Os cientistas descobriram como usar imperfeições minúsculas, do tamanho de um átomo, em cristais para representar esses 1 e 0. A ideia deles pode permitir armazenar o equivalente a um disco rígido atual em um cubo de material do tamanho de um grão de areia (1 mm de lado).
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Nanophotonics, a pesquisa deles combina elementos da física quântica com técnicas clássicas. Ao controlar defeitos nos cristais, eles definem uma zona carregada eletricamente como "1" e uma zona neutra como "0". A equipe usa terras raras como o praseodímio, integradas em um cristal. Esses materiais reagem à luz de maneira precisa. Um laser ultravioleta ativa o sistema, liberando elétrons que ficam presos nos defeitos do cristal.
Normalmente estudados para a computação quântica, esses defeitos são aqui desviados para o armazenamento clássico. Ao dominar sua carga elétrica, os pesquisadores criam uma memória ultra-miniaturizada. "Em um cubo minúsculo, contamos pelo menos um bilhão de 'bits' de armazenamento baseados em átomos", explica Tian Zhong, responsável pelo projeto. Essa abordagem mistura física dos materiais e tecnologias quânticas para repensar o armazenamento de dados.
Um cristal brilha sob uma lâmpada UV. Essa reação, estudada pelo laboratório Zhong, utiliza propriedades de "terras raras".
Crédito: UChicago Pritzker School of Molecular Engineering / Zhong Lab Como armazenar dados em um cristal?
O truque está no controle de cargas elétricas invisíveis a olho nu. Quando o cristal é iluminado com um laser UV, elétrons são liberados e ficam presos em imperfeições (como ausências de átomos). Essas armadilhas se tornam "1" se contiverem uma carga, e "0" se estiverem vazias. As "terras raras" tornam esse controle possível. Ajustando a cor do laser, é possível escrever ou apagar dados.
Diferentemente de discos rígidos ou pen drives, esse método permite uma densidade de armazenamento muito maior: cada bit ocupa o espaço de um átomo. Mesmo que o princípio se baseie em conceitos quânticos, ele se aplica aqui a memórias clássicas. É um exemplo de como a ciência fundamental pode melhorar tecnologias do cotidiano.
Por que usar terras raras?
As terras raras, como o praseodímio, têm uma interação única com a luz. Elas podem absorver ou emitir cores específicas (do UV ao infravermelho), o que permite controlá-las com lasers.
No cristal, esses elementos liberam elétrons quando iluminados. Esses elétrons preenchem então os defeitos atômicos, criando os 1 e 0. A estabilidade das terras raras garante que os dados permaneçam intactos por muito tempo, mesmo sem eletricidade.
Sua versatilidade abre portas para dispositivos compactos e ultra-eficientes. Combinadas com avanços em nanotecnologia, elas poderiam revolucionar nossa forma de conservar dados.