Физики открыли новый вид сверхнадежной фотонной памяти

Ученые Еврейского университета Иерусалима с коллегами нашли в кристалле "тканую" структуру, на основе которой можно создать сверхнадежную оптическую память.

Любая память, электронная или оптическая, хранит информацию в крошечных обособленных ячейках. В сегнетоэлектриках – кристаллах, где электрические заряды сами выстраиваются в одном направлении, – такой ячейкой служит участок с определенной ориентацией зарядов. Это быстро и экономно, но у такого подхода есть слабость: каждая отдельная ячейка уязвима, и любой дефект кристалла способен стереть записанное.

Ученые обнаружили прозрачный кристалл (танталат-ниобат калия-лития), в котором возникает прежде неизвестный порядок. Если медленно охлаждать этот кристалл до температуры чуть ниже комнатной, участки, сохраняющие информацию, сплетаются в объемную сеть: "нити" раз за разом проходят то над, то под соседними, как в тканом полотне. Прежде ничего подобного в твердых кристаллах не видели. Кристаллы вырастил доктор Аарон Агранат из Еврейского университета, и первоначально они предназначались для оптических переключателей. Работа опубликована в журнале Light: Science & Applications.

Переплетение делает структуру устойчивой: оно защищает заряженные границы между участками, сохраняющими информацию. Случайные возмущения распутать узор не могут, а целенаправленное воздействие – может. Сфокусированный зеленый лазер локально "расплетает" ткань, не трогая остальной кристалл. Нагрев и повторное охлаждение восстанавливают переплетение, но каждый раз с новым узором.

Такие кристаллы могут стать фотонной памятью нового типа: информация хранится не в отдельных ячейках, а в общем рисунке переплетения, который защищен от шума и дефектов и при этом считывается и перезаписывается светом. Такая память хорошо подходит для оптических вычислений и нейроморфных систем, подражающих работе мозга.

"В работе впервые удалось показать, как внутри твердого кристалла сама собой возникает тканая структура, – говорят авторы. – Природа порой гораздо изобретательнее, чем предсказывают наши теории". По мнению физиков, похожие структуры могут скрываться и в жидких кристаллах, и в сверхпроводниках, но их надо еще найти.