Ученые из Физического института им. П.Н. Лебедева (ФИАН) РАН открыли новое физическое явление, с помощью которого можно просто и недорого создавать оптические и электронные устройства на основе алмазов. По мнению авторов исследования, такой подход ускорит разработку устройств на основе этого материала.

— Чем выше плотность памяти, чем меньше и компактнее будет устройство-носитель, — пояснил младший научный сотрудник лаборатории лазерной нанофизики и биомедицины ФИАН РАН, один из авторов работы, Георгий Красин. — На данный момент в качестве носителей информации используются электронные и магнитные устройства. Однако ученые уже почти подошли к пределу плотности записи информации на них. Превзойти этот показатель помогут устройства, работающие на законах оптики

Чтобы создать что-либо на основе алмаза, ему надо придать определенную форму, а также обработать его поверхность. Сейчас это делают с помощью лазера. Под действием излучения с поверхности материала испаряется его верхний слой, что создает нужный рельеф — этот процесс называется лазерной абляцией. Излучение, которым обрабатывают кристалл, поляризовано, то есть представляет собой электромагнитные волны, колебания которых наблюдаются только в одной плоскости. Ученые выяснили, как влияет поляризация лазерного пучка на испарение материала с поверхности кристалла алмаза. Для этого образец облучали лазерными импульсами и меняли поляризацию — его пропускали через специальную поворачивающуюся пластинку. В результате лазерной обработки на поверхности кристалла появились углубления, размер которых зависел от уровня интенсивности излучения.

— Зависимость лазерной абляции от поляризации — новое физическое явление, — рассказал Георгий Красин. — Техника управления этим эффектом очень простая и доступная, для ее реализации нужна лишь полуволновая пластинка. Вращая ее, мы можем оптимизировать параметры обработки, а значит, контролировать свойства создаваемых структур на поверхности алмаза.

Непосредственно на алмазе ячейки памяти пока не создавали, но ученые работают с кварцем — это тоже оптический материал.

— Особенность оптических носителей информации в том, что с их помощью можно создать не трехмерное устройство, а 5D, управляя свойствами излучения, которое записывает информацию, — сообщил Георгий Красин. — Если объяснять упрощенно, в одну ячейку можно записать несколько логических нулей или единиц, что и позволяет повысить плотность памяти.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Applied Surface Science.

Тайный шифр

Правильнее сказать, что открыто не физическое явление, а новая техническая возможность, считает заведующий лабораторией Института лазерных и плазменных технологий НИЯУ МИФИ, профессор Ростислав Стариков.

— Не уверен, что она на основе алмаза получится создать сверхплотную память, даже с учетом того, что ученым удастся реализовать 5D-запись, — сказал он «Известиям». — Всё же размер отверстий, сделанных лазером, в несколько раз больше, чем у используемых сейчас технологий создания устройств для хранения данных. Однако точно можно сказать, что такой носитель будет очень надежным и долговечным, ведь ему не будет страшно электромагнитное излучение, которого очень боятся флешка, жесткий диск, SSD и другие.

Поляризационная зависимость лазерной абляции поверхности алмаза с симметрией четвертого порядка Источник: Krasin et al. / Applied Surface Science, 2022

Пока ученые пробовали создавать рисунок только на поверхности алмаза, то есть одномерный узор. В дальнейшем исследователи планируют применить эту технологию для создания двух- и трехмерных структур на поверхности и в объеме кристаллов.

— Запись данных лазером в оптическом материале реализуема, такие проекты уже есть, — рассказал руководитель молодежной лаборатории интегральной фотоники Пермского государственного национального исследовательского университета, старший научный сотрудник ЦК НТИ «Фотоника» Роман Пономарев. — Есть примеры записи огромных объемов данных в стеклах и сохранения таким образом всех наших знаний практически бесконечно долго. Такая технология хороша тем, что след лазера, внесенный в объем или на поверхность кристалла, может быть очень маленьким и одновременно очень четким. Он не будет расплываться и деградировать со временем.

Эксперт предположил, что такую технологию можно применить для защиты ценных алмазов, ведь подделать лазерную «подпись» довольно сложно. Ростислав Стариков подчеркнул, что на качество алмаза маркировка не влияет, зато на него можно записать полную информацию о владельце, производителе и месте добычи.

Источник -