Il 90% dei dati mondiali è stato generato negli ultimi due anni, suggerendo la necessità di tecnologie avanzate di memorizzazione. Tuttavia, il problema non si limita solo alla quantità di dati. “La limitata durata di conservazione dei media attuali richiede la migrazione dei dati entro pochi anni per evitare perdite”, spiega il Dr. Georgy Astakhov dell’Istituto di Fisica dei Fasci Ionici e Ricerca sui Materiali presso l’HZDR. Questo processo non solo ci intrappola in procedure di migrazione dati perpetue, ma aumenta anche significativamente il consumo energetico, poiché una notevole quantità di energia viene consumata nel processo.
Attualmente, la memoria magnetica è la scelta principale per soluzioni di memorizzazione dati di grandi capacità, ma le leggi della fisica stabiliscono i limiti alle densità di memorizzazione raggiungibili. Per aumentarle, è necessario ridurre le dimensioni delle particelle magnetiche. Tuttavia, ciò aumenta l’importanza delle fluttuazioni termiche e dei processi di diffusione nel materiale, con un impatto negativo sul tempo di conservazione. Modificare le proprietà magnetiche del materiale potrebbe sopprimere questo effetto, ma a un costo: un’energia maggiore per memorizzare le informazioni. Analogamente, le prestazioni dei dispositivi ottici sono ostacolate dalle leggi della fisica. A causa del limite di diffrazione, la dimensione minima del bit registrabile è limitata: non può essere più piccola della metà della lunghezza d’onda della luce, stabilendo il limite della capacità di memorizzazione massima. La soluzione è la registrazione ottica multidimensionale.
Il carburo di silicio presenta difetti atomici a scala, in particolare l’assenza di atomi di silicio nel sito reticolare. Questi difetti vengono creati da un fascio ionico focalizzato di protoni o ioni di elio, fornendo un’alta risoluzione spaziale, una velocità di scrittura rapida e un basso consumo energetico per memorizzare un singolo bit. “Il limite di diffrazione della densità di memorizzazione, intrinseco ai supporti ottici, si applica anche nel nostro caso. Lo superiamo con schemi di codifica 4D. Qui, le tre dimensioni spaziali e una quarta dimensione di intensità aggiuntiva sono realizzate controllando la posizione laterale e la profondità, così come il numero di difetti. Poi leggiamo otticamente i dati memorizzati mediante fotoluminescenza provocata da eccitazione ottica. Inoltre, la densità di memorizzazione areale può essere significativamente migliorata utilizzando l’eccitazione con fascio di elettroni focalizzato, che causa una cathodoluminescenza osservabile”, sottolinea Astakhov alcune caratteristiche prominenti del suo metodo.
Le informazioni memorizzate possono essere eliminate dai difetti a seconda delle condizioni ambientali in cui il mezzo è conservato, ma gli scienziati hanno buone notizie riguardo al loro materiale: “La disattivazione dipendente dalla temperatura di questi difetti suggerisce un tempo di conservazione minimo di alcune generazioni in condizioni ambientali”, afferma Astakhov. E c’è di più. Con l’eccitazione laser nel vicino infrarosso, tecniche di codifica moderne e memorizzazione dati su più strati, ovvero l’impilamento di fino a dieci strati di carburo di silicio uno sopra l’altro, il team raggiunge una densità di memorizzazione areale che corrisponde a quella dei dischi Blu-ray. Passando all’eccitazione con fascio di elettroni invece dell’eccitazione ottica per la lettura dei dati, il limite raggiungibile in questo modo corrisponde a una densità di memorizzazione areale record attualmente riportata di un prototipo di nastro magnetico, che ha però un tempo di conservazione più breve e un consumo energetico più elevato.