En una computadora, los datos (1 o 0) se almacenan mediante transistores que alternan entre dos estados eléctricos. En un CD, estos 1 y 0 corresponden a huecos y superficies lisas. Los científicos han descubierto cómo utilizar imperfecciones diminutas, del tamaño de un átomo, en cristales para representar estos 1 y 0. Su idea podría permitir almacenar el equivalente a un disco duro actual en un cubo de material del tamaño de un grano de arena (1 mm de lado).
Publicada en Nanophotonics, su investigación combina elementos de física cuántica con técnicas clásicas. Al controlar defectos en los cristales, definen una zona cargada eléctricamente como "1" y una zona neutra como "0". El equipo utiliza tierras raras como el praseodimio, integrados en un cristal. Estos materiales reaccionan a la luz de manera precisa. Un láser ultravioleta activa el sistema, liberando electrones que quedan atrapados en los defectos del cristal.
Normalmente estudiados para la computación cuántica, estos defectos se utilizan aquí para el almacenamiento clásico. Al dominar su carga eléctrica, los investigadores crean una memoria ultra-miniatura. "En un pequeño cubo, contamos con al menos mil millones de 'bits' de almacenamiento basados en átomos", explica Tian Zhong, responsable del proyecto. Este enfoque combina física de materiales y tecnologías cuánticas para repensar el almacenamiento de datos.
Un cristal brilla bajo una lámpara UV. Esta reacción, estudiada por el laboratorio Zhong, utiliza propiedades de "tierras raras".
Crédito: UChicago Pritzker School of Molecular Engineering / Zhong Lab
¿Cómo almacenar datos en un cristal?
El truco radica en controlar cargas eléctricas invisibles a simple vista. Cuando se ilumina el cristal con un láser UV, los electrones se liberan y quedan atrapados en imperfecciones (como ausencias de átomos). Estas trampas se convierten en "1" si contienen una carga, y en "0" si están vacías. Las "tierras raras" hacen posible este control. Al ajustar el color del láser, se pueden escribir o borrar datos.
A diferencia de los discos duros o las memorias USB, este método permite una densidad de almacenamiento mucho mayor: cada bit ocupa el espacio de un átomo. Aunque el principio se basa en conceptos cuánticos, se aplica aquí a memorias clásicas. Es un ejemplo de cómo la ciencia fundamental puede mejorar tecnologías cotidianas.
¿Por qué usar tierras raras?
Las tierras raras, como el praseodimio, tienen una interacción única con la luz. Pueden absorber o emitir colores específicos (desde el UV hasta el infrarrojo), lo que permite controlarlas con láseres.
En el cristal, estos elementos liberan electrones cuando se iluminan. Estos electrones llenan luego los defectos atómicos, creando los 1 y 0. La estabilidad de las tierras raras asegura que los datos permanezcan intactos durante mucho tiempo, incluso sin electricidad.
Su versatilidad abre la puerta a dispositivos compactos y ultraeficientes. Combinadas con avances en nanotecnología, podrían revolucionar nuestra forma de conservar datos.