توصل الباحثون الى اكتشاف يمكن ان يحسن من عملية خزن المعلومات على الكومبيوتر بأستخدام تقنية الفيمتوليزر ” femtosecond laser” على المواد المستعملة في صناعة اسطوانات الخزن الرقمية DVD, تحتوي اسطوانات الخزن الرقمية DVD واسطوانات بلو راي ” Blu-ray” على ما يسمى بمواد متغيرة الاطوار “phase-change materials” التي تتغير من حالة ذرية الى اخرى بعد ضربها بنبضات الليزر. بأستخدام نبضات الليزر فائق السرعة التي تسرع عملية تسجيل البيانات، اعتمد الباحثون في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا “Caltech” تقنية جديدة تدعى الالكترون فائق السرعة في النظام البلوري ” “Ultrafast Electron Crystallography (UEC)لمراقبة التغير في التراكيب الذرية في اربعة ابعاد للمواد التي في مرحلة التغير الطوري. واثناء القيام بذلك اكتشفوا حالة ذرية وسطية لم تكن معروفة سابقا, التي تمثل حدا لا مفر منه في سرعة تسجيل البيانات.
من خلال تسليط الضوء على العمليات الفيزيائية الاساسية المستخدمة في عملية تخزين البيانات, من المحتمل ان تؤدي الابحاث الى انظمة افضل وذاكرة كومبيوتر اسرع بسعة تخزين اكبر. عندما يتفاعل ضوء الليزر مع المواد متغيرة الاطوار سوف يتغير التركيب الذري من ترتيب بلوري منتظم الى ترتيب عشوائي غير منتظم وتمثل هذه الحالتين الـ (0) والـ (1) من البيانات الرقمية.
يستخدم اليوم النانوليزر “nanosecond lasers” (الليزر الذي يطلق نبضة كل نانو ثانية) في تسجيل البيانات على اسطوانات الخزن الرقمية واسطوانات البلو راي بواسطة تغيير المادة من حالة ذرية الى اخرى. ويوضح الباحث جيوفاني فانكور “Giovanni Vanacore” مؤلف كتاب عن هذه الدراسة, “يتم تحديد سرعة تسجيل البيانات عن طريق كل من سرعة الليزر (بواسطة مدة كل نبضة) و مدى سرعة المواد في التحول من حالة ذرية الى حالة اخرى.” لذلك باستخدام النانوليزر فان اقصى سرعة يمكنك فيها تسجيل البيانات هي وحدة معلومات واحدة اما (0) او (1) لكل نانو ثانية.
يقول الباحث جيان بو هو “Jianbo Hu” : “للحصول على سرعة اعلى تم استخدام الفيمتوليزر والذي يمكن ان يسجل وحدة معلومات واحدة لكل بليار جزء من الثانية (0.000000000000001 ثانية), حاولنا ان نعرف في الحقيقة ماذا يمكن ان يحصل للمادة في هذه السرعة وفيما اذا كان هنالك حد لمدى سرعة تحول المادة من طور الى اخر.”
قام الباحثون بأستخدام تقنية “UEC” لغرض هذه الدراسة. هذه التقنية متطورة ومختلفة عن عمل زويل ” Ahmed Zewail” الحائز على جائزة نوبل في كيمياء الفيمتو “femtochemistry”, وقد مكنت الدراسة المرئية للعمليات الكيميائية التي تحدث على مستويات الفيمتوثانية الباحثين من مراقبة التحول في التراكيب الذرية للمواد متغيرة الاطوار مثلاً تيلوريد الجيرمانيوم ” germanium telluride (GeTe)” عندما يٌضرب بنبضات الفيمتوليزر.
في تقنية “UEC” تم قصف عينة من بلورة تيلوريد الجيرمانيوم بنبضات الفيمتوليزر متبوعة بنبضة من الالكترونات, تسببت نبضة الليزر في تغيير التركيب الذري من النظام البلوري الى تركيب اخر ومن ثم الى تركيب عشوائي. بعد ذلك عندما تصطدم نبضة الالكترونات بالعينة فان الالكترونات تبعثر النموذج والتي تقدم صورة لتركيب ذرات العينة كدالة للزمن. مع هذه التقنية تمكن الباحثون لاول مرة من رؤية التحول في تركيب تيلوريد الجيرمانيوم الناتج عن تأثير نبضات الليزر .
مع ذلك فانهم شاهدو اكثر من ذلك ما لم يكن معروف سابقاً وهو الطور الوسطي الذي يظهر اثناء عملية التحول من التركيب البلوري الى العشوائي. بما ان الانتقال خلال الطور الوسطي يستغرق وقتا اضافيا لذا يعتقد الباحثون انه يمثل الحد الطبيعي لسرعة التحول الكلية التي تحدث وكذلك السرعة التي يمكن بها تسجيل البيانات بغض النظر عن سرعة الليزر المستخدمة, حتى لو كان هنالك ليزر اسرع من فيمتوليزر سيكون هنالك حد لا يمكن تجاوزه يمثل سرعة التحول الطوري وهي سرعة تسجيل البيانات, ويعزى ذلك الى الخواص الفيزيائية لهذه المواد المتغيرة الاطوار, يقول فانكور: “انه شيء لا يمكن حله تقنيا انه قاعدة اساسية.”
يعتقد الباحثون على الرغم من اكتشاف الحدود لسرعة تسجيل البيانات الا ان البحوث يمكن ان تساعد يوماً ما للوصول الى تسجيل بيانات افضل على الكومبيوتر, لذا فان ايجاد طريقة لتسريع تسجيل البيانات للمواد متغيرة الاطوار وفهم الحدود لهذه السرعة يمكن ان يؤدي الى نوع جديد من الذاكرة التي تسخر افضل ما في العالمين.
يقول الباحثون ان خطواتهم القادمة ستكون في استخدام تقنية “UEC” لغرض دراسة التحول من التركيب العشوائي لتيلوريد الجيرمانيوم الى النظام البلوري بطريقة مماثلة لعملية المسح واعادة كتابة البيانات على اسطوانات الخزن الرقمية DVD.
