Polscy fizycy wydłużyli czas przechowywania informacji optycznej

Laureaci programu MISTRZ Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, profesorowie Grzegorz Karczewski i Tomasz Wojtowicz z Instytutu Fizyki PAN są współautorami przełomowego osiągnięcia – opracowania nowej metody przechowywania informacji z wykorzystaniem spinów elektronowych. Wyniki swoich badań przedstawili w pracy opublikowanej w prestiżowym czasopiśmie „Nature Photonics”.

Możliwość przechowywania informacji zakodowanej optycznie (w postaci impulsu światła) stanowi szansę dla dalszego rozwoju ultraszybkich komputerów i telekomunikacji kwantowej. Dostępne obecnie nośniki informacji nie zapewniają tak dużych szybkości przetwarzania, jaką może zapewnić wykorzystanie kodowania optycznego. Długotrwałe przechowywanie przy jednoczesnym szybkim zapisie i odczycie informacji optycznej jest jednak bardzo trudno zrealizować w praktyce. Przyczyną tego stanu rzeczy są kwantowo-mechaniczne własności fizyczne światła, jak i materii oddziałującej ze światłem, która mogłaby być potencjalnie użyta jako nośnik pamięci.

Jednym z podstawowych problemów optoelektroniki kwantowej był do tej pory bardzo krótki czas życia (przechowywania informacji) stanów kwantowych w półprzewodnikowych strukturach kwantowych wykorzystywanych jako bardzo szybki i energooszczędny układ zapisu informacji. Dzięki pracy m.in. polskich fizyków ten czas udało się ostatnio
przedłużyć ponad tysiąc razy. Wyniki badań dokumentujące to właśnie osiągnięcie zostało przedstawione w pracy opublikowanej w prestiżowym czasopiśmie „Nature Photonics”.

Międzynarodowy zespół badawczy, w skład którego wchodzą naukowcy z Dortmundu, St. Petersburga oraz z Instytutu Fizyki PAN, zaprezentował nową, unikalną metodę przechowywania informacji. Wykorzystano w niej stymulowane echo fotonowe, zjawisko fizyczne, w którym informacja zawarta w polu optycznym (impulsie światła) jest przekazywana do systemu spinów elektronów struktury półprzewodnikowej – tzw. studni kwantowej, a po jakimś czasie ponownie wypromieniowana w postaci impulsu światła będącego kopią (pod względem intensywności, koherencji optycznej i fazy) oryginalnego impulsu świetlnego – „echa”. Informacja w postaci kwantowego wzbudzenia układu spinów, odizolowanego od optycznego pola próżni, może w tym stanie przetrwać znacznie dłużej niż samo wzbudzenie optyczne.

Układem „przechowującym” informacje przy zastosowaniu tej metody jest system spinów gazu elektronowego w studni kwantowej. Takie specjalne, ultra-wysokiej jakości studnie kwantowe zostały wyhodowane w Środowiskowym Laboratorium Fizyki i Wzrostu Kryształów Niskowymiarowych (SL3) Instytutu Fizyki PAN z półprzewodnika – tellurku kadmu metodą epitaksji z wiązek molekularnych. Autorzy publikacji zademonstrowali, wykorzystując subtelne zjawisko echa fotonowego z użyciem przejść trionowych (triony to naładowane kompleksy trzycząstkowe, w tym przypadku składające się z dwóch elektronów i jednej dziury) w studniach kwantowych w polu magnetycznym, że czas przechowywania informacji optycznej w nowego typu pamięci spintronicznej może być wydłużony o ponad trzy rzędy wielkości – z zakresu pikosekundowego do zakresu dziesiątek nanosekund.

Stanowi to istotny krok na drodze do uzyskania wydajnego i długoczasowego przechowywania informacji optycznej, a tym samym stanowi model nowego typu spintronicznej pamięci optycznej. Profesorowie Grzegorz Karczewski i Tomasz Wojtowicz informują jednocześnie, iż w tej samej międzynarodowej grupie naukowców pracują obecnie nad dalszym wydłużeniem czasu przechowywania informacji optycznej z wykorzystaniem spinów elektronowych, ale już nie w obiektach dwuwymiarowych, lecz w zawierających elektrony obiektach zero-wymiarowych, w tzw. kropkach kwantowych z CdTe i CdSe, wytwarzanych w Laboratorium SL3 IF PAN metodą epitaksji molekularnej.

Więcej: http://www.fnp.org.pl/