Terabytes de dados são gravados em cristal milimétrico

Eletr?nica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/02/2025

Densidade de armazenamento

Os 0s e 1s bin?rios na mem?ria de um computador tipicamente s?o transistores operando em baixa ou alta voltagem. Em um disco compacto, o 1 ? um ponto onde um pequeno "po?o" se transforma em uma "terra" plana ou vice-versa, enquanto um 0 ? quando n?o h? mudan?a.

Assim, historicamente, a densidade de armazenamento de qualquer dispositivo de mem?ria digital ? limitado pelo menor tamanho poss?vel com que se pode construir o objeto que representa os 0s e 1s - e, sejam transistores, sejam dom?nios magn?ticos ou pontos ?pticos, cada um desses bits tem um n?mero quase incont?vel de ?tomos.

Mas isso agora poder? mudar muito rapidamente, levando os bits diretamente para a escala at?mica, onde cada 0 e cada 1 ser? representado por ?nico ?tomo.

E quem est? por tr?s desse salto na miniaturiza??o ? o brasileiro Leonardo Fran?a, atualmente na Universidade de Chicago, nos EUA.

Defeitos cristalinos

Leonardo aprimorou uma t?cnica para criar 0s e 1s a partir de defeitos no interior de cristais, sendo que cada um desses defeitos tem o tamanho de um ?tomo individual. E, apesar de ter entrado no dom?nio amplamente controlado pela mec?nica qu?ntica, a inova??o ainda ? perfeita para aplica??es cl?ssicas na mem?ria de computadores.

"Encontramos uma maneira de integrar a f?sica do estado s?lido aplicada ? dosimetria de radia??o com um grupo de pesquisa que trabalha fortemente em qu?ntica, embora nosso trabalho n?o seja exatamente qu?ntico," disse Leonardo. "H? uma demanda por pessoas que estejam fazendo pesquisas em sistemas qu?nticos, mas, ao mesmo tempo, h? uma demanda para melhorar a capacidade de armazenamento das mem?rias n?o vol?teis cl?ssicas. E ? nessa interface entre o armazenamento de dados qu?nticos e ?pticos que nosso trabalho est? fundamentado."

"? imposs?vel encontrar cristais - na natureza ou artificiais - que n?o tenham defeitos. Ent?o, o que estamos fazendo ? tirar vantagem desses defeitos," acrescentou Leonardo.

Bit at?mico

Em ess?ncia, nesta nova abordagem cada bit ? representado por um ?tomo faltando na rede cristalina do material que for usado para construir a mem?ria.

Para ler e escrever nesses defeitos, Leonardo usou dos?metros de radia??o, dispositivos mais comumente usados para detectar a quantidade de radia??o que os trabalhadores de hospitais absorvem das m?quinas de raio X. Ele teve essa ideia ainda na USP (Universidade de S?o Paulo), mas agora ele passou a usar os dos?metros para criar um sistema de armazenamento de mem?ria microeletr?nica.

"Nos hospitais e nos aceleradores de part?culas, por exemplo, ? necess?rio monitorar a quantidade de dose de radia??o ? qual as pessoas s?o expostas," explicou ele. "Existem alguns materiais que t?m essa capacidade de absorver radia??o e armazenar essa informa??o por um certo per?odo de tempo."

O pulo do gato est? em substituir a radia??o por uma t?cnica ?ptica - um pulso de luz - que tamb?m faz o mesmo servi?o, "ativando" o bit no defeito cristalino ou apagando-o.

Inspira??o qu?ntica, mem?ria cl?ssica

Para criar a nova t?cnica de armazenamento de mem?ria, a equipe adicionou ?ons de terras raras, um grupo de elementos tamb?m conhecidos como lantan?deos, a um cristal.

Especificamente, eles usaram um elemento de terras raras chamado praseod?mio e um cristal de ?xido de ?trio, mas o processo pode ser usado com uma variedade de materiais, aproveitando as propriedades ?pticas fortes e flex?veis das terras raras.

"? bem conhecido que terras raras apresentam transi??es eletr?nicas espec?ficas, que permitem escolher comprimentos de onda de excita??o de laser espec?ficos para controle ?ptico, desde regimes de UV at? o infravermelho pr?ximo," explicou Leonardo.

Diferentemente dos dos?metros, que s?o tipicamente ativados por raios X ou raios gama, o dispositivo de armazenamento ? ativado por um simples laser ultravioleta. O laser estimula os ?tomos dos lantan?deos, que por sua vez liberam el?trons. Os el?trons s?o aprisionados por alguns dos defeitos do cristal de ?xido, por exemplo pelas lacunas individuais (cargas positivas) na estrutura onde um ?nico ?tomo de oxig?nio deveria estar, mas n?o est?.

Embora esses defeitos cristalinos sejam frequentemente usados em pesquisa qu?ntica, entrela?ados para criar qubits no diamante e, mais recentemente, na pedra semipreciosa espin?lo, a equipe encontrou outro uso para eles. Os dos?metros de radia??o permitem orientar quando os defeitos s?o carregados e quando n?o s?o. Ao designar uma lacuna carregada como 1 e uma lacuna n?o carregada como 0, o cristal foi transformado em um poderoso dispositivo de armazenamento de mem?ria em uma escala nunca vista na computa??o cl?ssica.

"Dentro desse cubo milim?trico, demonstramos que h? pelo menos um bilh?o dessas mem?rias - mem?rias cl?ssicas, mem?rias tradicionais - baseadas em ?tomos," comemorou o professor Tian Zhong, coordenador da pesquisa.

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