鑽石也能用來存儲信息？

想像一下，一位年輕人在拿出鑽戒求婚的時候對心上人說：「這可不是一顆普通的鑽石，裡面儲存了我們相戀以來所有的合影」，你是否覺得這近乎天方夜譚？恐怕沒有人想到鑽石能夠作為信息存儲的介質，但一項新的研究表明，這確實是可能的。

想像一下，一位年輕人在拿出鑽戒求婚的時候對心上人說：「這可不是一顆普通的鑽石，裡面儲存了我們相戀以來所有的合影」，你是否覺得這近乎天方夜譚？恐怕沒有人想到鑽石能夠作為信息存儲的介質，但一項新的研究表明，這確實是可能的。

鑽石，也就是金剛石中通常含有少量的氮元素雜質，這會導致它的晶體結構中出現一種名為「氮-空位中心」的缺陷。這種缺陷可以帶負電荷（記為NV-），也可以呈現電中性（記為NV）。用綠光照射金剛石可以導致這兩種缺陷之間互相轉化，但用紅光照射時，由於光子能量較低，只能將NV-轉化為NV，但不能將後者轉化為前者。

來自紐約城市大學的研究人員正是巧妙利用了這一特點。他們首先用強的綠光光束照射金剛石的某個截面，使得這一截面中的NV0 缺陷全部轉化為NV-。接下來他們用強的紅光光束選擇性照射截面上的某些區域，使得NV-缺陷又被轉化為NV缺陷，相當於在金剛石中寫入信息。在黑暗的條件下，寫入金剛石中的信息可以較長時間穩定保存。最後他們用弱的紅光光束掃描這一截面，由於光束較弱，在掃描過程中新轉化為NV的NV-缺陷可以忽略不計，而之前形成的NV-則會發出熒光，這樣，通過記錄熒光強度，之前存儲的信息就可以被讀取出來。不僅如此，由於熒光的強度與該區域中NV-的濃度相關，因此通過控制寫入信息時紅光的強度就可以在同一區域存儲多種不同的信息。

研究人員接下來展示了如何將金剛石中的信息存儲從二維擴展到三維。研究人員首先將光束聚焦在金剛石的一個截面A寫入信息，接下來改將光束聚焦在其上方另一個截面B寫入信息。這個時候，光束雖然也會照射到截面A，但只要兩個截面的垂直間距足夠大，當光束聚焦在截面B時，照射到截面A上的光束強度很弱，因此之前寫入這個截面的信息不會有明顯的變化。研究人員還證明，雖然目前的信息存儲密度受制於光的干涉，突破這一限制獲得更高的存儲密度是有可能的。

利用金剛石存儲信息：圖A：信息寫入（圖2）、擦除（圖3）和再寫入（圖4）的過程；圖B：信息的三維存儲

這項研究清晰地表明了利用鑽石存儲信息的可行性，不過相關研究仍然處在初級階段，要想真正取代現有的存儲媒介實現應用，恐怕仍然有很長的路要走。

報道：http://phys.org/news/2016-10-defects-diamond-unique-platform-optical.html

論文：http://advances.sciencemag.org/content/2/10/e1600911.full.pdf+html

文/魏昕宇

本期編輯：傳奇

scipark

科學公園

推廣理性科學精神的科普平台

TAG:科學公園 |

※看似普通的食物罐頭，接上電腦還能用來存儲文件
※香蕉不僅能吃能用，竟然還能用來治咳嗽
※軍用多功能手斧，既能用來戰鬥，也能用來維修武器裝備
※?鑽石不發光，還能用來治療癌症
※洋蔥、洗衣粉還能用來養花，殺蟲還能當肥料用！
※透明手套居然還能這麼用？而你以為只能用來染頭髮
※常用的口腔清潔用品，還能夠用來修改填錯的答案
※往氣球內填充石膏，成品還能用來存放零錢
※常見的兒童益智積木，經過改造還能用來存儲文件
※把用來擦拭筆跡的工具挖空，成品能儲存不少的電影
※限量版彩妝竟然能用來打小抄？
※廢舊茶具，也能用來滋潤生活！
※花瓣也能用來作畫？
※兩隻腳，能走路，也能用來調理身體，你信嗎？
※你知道礦泉水不能用來給寶寶沖奶粉嗎？還有這些水也不能！
※避孕套不僅能用來釣J，還能用來釣大魚！
※神奇！油煙機廢油還能用來做清潔！關鍵是效果還很好！
※廢舊茶具，也能用來滋潤生活
※什麼？導彈還能用來滅火？