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

Чтобы создать что-либо на основе алмаза, ему надо придать определённую форму и обработать его поверхность. Сейчас это делают с помощью лазера. Под действием излучения с поверхности материала испаряется его верхний слой, что создаёт 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. Учёные 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. Техника управления этим эффектом очень простая и доступная, для её реализации нужна лишь полуволновая пластинка. Вращая её, мы можем оптимизировать параметры обработки, а значит, контролировать свойства создаваемых структур на поверхности алмаза», — рассказал Георгий Красин.

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

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

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

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

«Не уверен, что на основе алмаза получится создать сверхплотную память, даже с учётом того, что учёным удастся реализовать 5D-запись. 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 надёжным и долговечным, ведь ему не будет страшно электромагнитное излучение, которого очень боятся флешка, жёсткий диск, SSD и другие», — сказал он «Известиям».

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

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

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.