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#armazenamento de grandes volumes de dados
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Para Quem Gosta, Temos um Prato Cheio e Saboroso
Esse post é especial para os amigos e os ainda não amigos, que gostam de responder perguntas de todo tipo e medir os seus conhecimentos por brincadeira ou para se aperfeiçoar: nosso caldeirão de Quiz. Tem para todos os gostos: Literatura Brasileira, História, História do Século XX, Língua Portuguesa, Informática e questões de concursos. Refestele-se: A capa é parecida, mas esse é diferente do…
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mktmais-blog · 26 days
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**Título do Artigo:** Revolucione Seu Negócio com AITER.IO: O Poder da Inteligência Artificial ao Seu Alcance!
https://https://aiter.io/
**Descrição:** AITER.IO é uma plataforma dinâmica e inovadora que oferece soluções de inteligência artificial (IA) customizadas para transformar os processos das empresas. O site se concentra em fornecer aplicações de IA que não somente otimizam a eficiência operacional, mas também abrem novas possibilidades para o crescimento dos negócios. Neste artigo, discutiremos em detalhes o que a AITER.IO oferece, seus pontos fortes, vantagens e benefícios, e como a IA pode ser aplicada de maneira prática em diferentes setores empresariais. **Pontos Fortes da Plataforma AITER.IO:** 1. **Personalização Profunda:** AITER.IO se destaca por oferecer soluções altamente personalizadas de IA, que se adaptam especificamente às necessidades e desafios únicos de cada empresa. 2. **Fácil Integração:** As soluções de IA desenvolvidas são fáceis de integrar com sistemas existentes, minimizando a necessidade de alterações disruptivas na infraestrutura tecnológica atual das empresas. 3. **Suporte Contínuo e Consultoria:** Além de fornecer as ferramentas de IA, AITER.IO acompanha seus clientes com consultoria especializada e suporte contínuo para garantir a implementação bem-sucedida e o uso eficaz das soluções. **Vantagens e Benefícios:** - **Melhoria da Eficiência Operacional:** A IA pode automatizar processos que, tradicionalmente, exigem muito tempo e esforço humano, permitindo que os funcionários se concentrem em tarefas de maior valor agregado. - **Análise de Dados Avançada:** Com o poder da IA, as empresas podem processar e analisar grandes volumes de dados com uma precisão incrível, gerando insights importantes que podem levar a decisões de negócios mais informadas e estratégicas. - **Customização de Experiências do Cliente:** A IA permite que as empresas ofereçam experiências altamente personalizadas aos clientes, o que pode aumentar a satisfação e a fidelidade do cliente, bem como impulsionar as vendas. **Exemplos Práticos da Aplicação de Inteligência Artificial:** 1. **Automatização de Atendimento ao Cliente:** Empresas podem implementar chatbots de IA, que são capazes de lidar com consultas de clientes de maneira eficiente e em tempo real. Isso não só reduz a carga de trabalho para os times de suporte, como também melhora a satisfação do cliente, disponibilizando suporte 24/7. 2. **Gerenciamento de Cadeia de Suprimentos:** A IA pode ser usada para prever tendências de demanda e otimizar o estoque, garantindo que os produtos certos estejam disponíveis na quantidade certa e no momento certo. Isso minimiza o excesso de estoque e reduz os custos associados ao armazenamento. 3. **Marketing Personalizado:** A partir dos dados dos consumidores, a IA pode ajudar a criar campanhas de marketing segmentadas e personalizadas. Algoritmos de IA podem identificar padrões de comportamento do consumidor e ajudar a projetar ofertas que sejam mais atraentes para segmentos específicos de clientes. **Conclusão:** AITER.IO é mais do que uma plataforma de inteligência artificial; é uma ponte para o futuro dos negócios. Com suas soluções personalizadas e adaptáveis, a IA não é apenas acessível, mas uma mudança transformadora essencial para empresas que buscam inovar e liderar em um mercado cada vez mais competitivo. Adaptar-se é sobreviver, e com AITER.IO
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ricardojordao9 · 2 months
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Notebook para Trabalho: Como Fazer a Escolha Certa
Escolher o notebook ideal para trabalho pode ser uma tarefa desafiadora, especialmente com tantas opções disponíveis no mercado. Se você está em dúvida entre asus ou lenovo, este guia vai te ajudar a fazer a escolha certa. Afinal, cada modelo oferece diferentes funcionalidades e especificações, e encontrar aquele que melhor se adapta às suas necessidades é crucial para a produtividade e eficiência.
 Entendendo Suas Necessidades de Trabalho
Antes de escolher um notebook, é importante entender quais são suas necessidades específicas de trabalho. Você precisa de um dispositivo para tarefas básicas, como navegar na internet e editar documentos, ou precisa de um notebook potente para softwares gráficos e de edição? Identificar suas necessidades ajudará a definir quais características são essenciais.
Processador e Memória RAM
O processador e a memória RAM são dois dos componentes mais importantes de um notebook. Para tarefas básicas, um processador i5 com 8GB de RAM pode ser suficiente. No entanto, para trabalhos mais intensivos, como edição de vídeo ou design gráfico, um processador i7 ou i9 com pelo menos 16GB de RAM é recomendado.
Armazenamento: HDD ou SSD?
A escolha entre HDD (disco rígido) e SSD (unidade de estado sólido) pode afetar significativamente a velocidade do seu notebook. Os SSDs são mais rápidos e duráveis, proporcionando um desempenho melhor ao abrir programas e arquivos. Para quem trabalha com grandes volumes de dados, um SSD é a melhor opção.
Tela e Resolução
A qualidade da tela é crucial para quem passa muitas horas trabalhando no computador. Resoluções mais altas oferecem uma experiência visual melhor, reduzindo a fadiga ocular. Para designers e editores de vídeo, uma tela com resolução Full HD ou superior é ideal.
Portabilidade e Durabilidade
Se você precisa levar seu notebook para diferentes locais de trabalho, a portabilidade é um fator importante. Modelos mais leves e finos são ideais para quem está sempre em movimento. Além disso, verificar a durabilidade do notebook, incluindo a qualidade do teclado e do trackpad, é essencial para garantir uma vida útil mais longa.
Bateria e Autonomia
A duração da bateria é um fator crítico, especialmente se você trabalha em locais onde não há fácil acesso a tomadas. Modelos com uma autonomia de pelo menos 8 horas são recomendados para garantir que você possa trabalhar por longos períodos sem interrupções.
Sistema Operacional
A escolha do sistema operacional pode influenciar sua produtividade. Windows, macOS e Linux têm suas vantagens e desvantagens. Para quem trabalha com design gráfico e edição de vídeo, os MacBooks são bastante populares devido ao macOS. No entanto, se você precisa de flexibilidade e compatibilidade com uma ampla gama de softwares, o Windows pode ser a melhor escolha.
Recursos Adicionais
Alguns recursos adicionais podem melhorar significativamente sua experiência de trabalho. Teclados retroiluminados, telas touch e dobradiças 360 graus podem ser úteis dependendo do seu estilo de trabalho. Além disso, verificar a quantidade e tipos de portas disponíveis (USB, HDMI, etc.) é importante para garantir que você possa conectar todos os seus dispositivos.
Avaliando o Custo-Benefício
O custo é sempre um fator a ser considerado. No entanto, investir em um notebook mais caro pode ser compensador a longo prazo, se ele oferecer as funcionalidades e a durabilidade necessárias. Pesquisar e comparar preços, além de ler avaliações de outros usuários, pode ajudar a tomar uma decisão mais informada.
Escolher o notebook ideal para trabalho requer uma análise cuidadosa de suas necessidades e das especificações técnicas dos modelos disponíveis. Considerando fatores como processador, memória RAM, armazenamento, tela, portabilidade, bateria, sistema operacional e recursos adicionais, você poderá encontrar o modelo que melhor se adapta às suas atividades profissionais. Com as informações deste guia, espero que você esteja mais preparado para fazer uma escolha acertada e melhorar sua produtividade no trabalho.
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schoje · 2 months
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O mês de outubro foi marcado pela chuva significativa em boa parte de Santa Catarina. É o que aponta o Boletim Hidrometeorológico Integrado divulgado nesta sexta-feira, 5. A chuva ficou acima da média climatológica para o mês no Oeste, no Litoral Norte, no Vale do Itajaí e na Grande Florianópolis. Ainda assim, alguns municípios do Oeste permanecem com o abastecimento urbano afetado pelos efeitos da estiagem que se prolonga desde 2019. Historicamente, os volumes de chuva esperados para outubro são altos, com média climatológica entre 175 e 200 mm na metade Oeste e entre 125 e 175 mm no Leste, de forma geral. Essa média foi superada nas regiões Oeste, da Grande Florianópolis e Litoral Norte, onde os volumes de precipitação registrados variaram de 200 a 300 mm, com casos pontuais que se aproximaram dos 400 mm. Nas áreas do Leste de SC, os altos acumulados de chuva estão relacionados à circulação marítima. No Oeste, a atuação de áreas de baixa pressão combinadas com calor e umidade favoreceram a ocorrência de temporais. Os registros que indicaram menores volumes de chuva, durante o mês de outubro, foram nos Planaltos e no Litoral Sul, onde os índices não atingiram a média climatológica para o período. Mesmo com a chuva, o Índice Integrado de Seca (IIS), que leva em consideração tanto a precipitação quanto os impactos sobre a vegetação, permanece indicando estiagem em uma grande parte do Estado, mas em menor intensidade do que nos meses anteriores. Quase 27% dos municípios catarinenses estão em situação de normalidade em relação à seca, cerca de 61% registram seca fraca e pouco mais de 12% seca moderada. Conforme o secretário executivo do Meio Ambiente, Leonardo Porto Ferreira, a manutenção dos impactos da estiagem, mesmo com as chuvas de outubro, são reflexo do longo período em que as precipitações ficaram abaixo do esperado. Desde 2019 o estado enfrenta períodos frequentes de escassez hídrica. “Como a vazão dos rios e o armazenamento de água no solo chegaram a níveis muito baixos, será necessário um período longo de chuvas regulares para que se verifique uma recuperação mais consistente, especialmente no Oeste, por isso mantemos o alerta para um uso consciente da água”, explica Porto Ferreira. Abastecimento urbano A situação do abastecimento urbano também melhorou. Dos 267 municípios que enviaram informações, 214 estão com o abastecimento normal, 43 em atenção, seis em alerta e quatro em estado crítico, com dois municípios do Extremo Oeste catarinense em situação de racionamento. Na edição anterior do Boletim Hidrometeorológico, de primeiro de outubro, eram 206 com abastecimento normal, 58 em estado de atenção, 11 em alerta e quatro em estado crítico. “Mesmo com as chuvas que ajudaram a amenizar a situação da estiagem, é necessário ainda o monitoramento dos órgãos envolvidos e o auxílio da população para o uso consciente da água, em especial nas regiões que ainda sofrem o impacto da estiagem e que precisam, ainda, que os rios voltem aos níveis normais para o abastecimento”, complementa Luiza Burgardt, gerente de fiscalização de saneamento da Agência de Regulação de Serviços Públicos de Santa Catarina (Aresc). Previsão para novembro  Conforme dados divulgados no Boletim Hidrometeorológico, o primeiro período de novembro, entre os dias 4 e 11, deve ser marcado pelo tempo instável por conta da atuação de uma área de baixa pressão e passagem de uma frente fria. A chuva deve ocorrer de forma frequente e os acumulados previstos podem ficar entre 50 e 75 mm de forma geral. A presença de calor e umidade deve contribuir para a ocorrência de temporais, o que pode levar a volumes de chuva ainda maiores, de forma pontual e ocorrendo em curto espaço de tempo. Já no segundo período, entre os dias 12 e 19 de novembro, a chuva deve ser mais irregular, por conta da influência de um sistema de alta pressão em grande parte dos dias. No Litoral, o sistema também deve favorecer a circulação marítima, que deixa a região com mais nebulosidade e chuva persistente.
Os volumes de chuva previstos são de 20 a 40 mm no Estado. Contudo, é importante o acompanhamento das atualizações semanais devido às incertezas inerentes à previsão que ultrapassam três dias. A previsão para o trimestre novembro e dezembro de 2021 e janeiro de 2022 é de que a chuva seja dentro a acima da média no Litoral e dentro a abaixo da média climatológica no Oeste. Boletim Hidrometeorológico O Boletim Hidrometeorológico é uma publicação da Secretaria de Estado do Desenvolvimento Econômico Sustentável (SDE), por meio da Secretaria Executiva do Meio Ambiente (Sema), e da Defesa Civil de Santa Catarina, com a parceria da Agência de Regulação de Serviços Públicos de Santa Catarina (Aresc) e outras agências reguladoras. Mais informações para a imprensa Flávia Grechi Assessoria de Comunicação Agência de Regulação de Serviços Públicos de Santa Catarina (Aresc) E-mail: [email protected]  Fone: (48) 3664-4211 Site: www.aresc.sc.gov.br Marcionize Bavaresco Jornalista | Gestão da Comunicação Institucional para Recursos Hídricos Programa de Apoio à Pesquisa Aplicada na Área de Recursos Hídricos (Fapesc/SDE) Secretaria Executiva do Meio Ambiente – Sema E-mail: [email protected] Fone: (48) 3665-4281 Site: www.sde.sc.gov.br e www.aguas.sc.gov.br Fonte: Governo SC
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vpn-br · 4 months
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O acúmulo de dados: quando a sobrecarga digital ameaça nosso bem-estar
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O acúmulo de dados é a prática de armazenar grandes quantidades de informações digitais, geralmente muito além do que é necessário ou útil. Essa tendência crescente traz muitos riscos e implicações, tanto pessoais quanto profissionais. Além das considerações técnicas e legais, os aspectos psicológicos desse comportamento são sintomas de transtornos subjacentes, como ansiedade, transtorno obsessivo-compulsivo (TOC) e outras formas de sofrimento emocional que exigem atenção e intervenção adequadas.
O que é acúmulo de dados?
O acúmulo de dados é a coleta e a retenção de grandes volumes de informações digitais. Os motivos podem variar: medo de perder dados valiosos, o desejo de arquivar informações para uso futuro ou simplesmente o hábito de não excluir arquivos redundantes ou obsoletos. Os tipos de dados envolvidos podem incluir e-mails, documentos, fotos, vídeos, software e muito mais. Muitas vezes, esses dados estão mal organizados, dificultando a localização de informações específicas quando necessário.
Tipos de acumuladores de dados
Os pesquisadores geralmente identificam quatro perfis principais de acumuladores de dados: - O ansioso: teme as consequências da exclusão de dados e mantém os arquivos por precaução. - Os desinteressados: Não planejam manter os dados indefinidamente, mas não têm tempo ou motivação para organizá-los. - Colecionadores: mantêm intencionalmente os dados bem organizados para recuperação rápida e segura. - Conformistas: Acumulam dados devido a diretrizes institucionais ou legais, muitas vezes além das necessidades reais. Descubra: Qual é o valor de nossos dados na Internet?
Riscos associados ao acúmulo de dados
O acúmulo excessivo de dados apresenta uma série de riscos: - Segurança e confidencialidade: quanto maior o volume de dados armazenados, maior o risco de uma violação de dados, tornando essas informações um alvo preferencial para ataques cibernéticos. - Custos operacionais: O gerenciamento de grandes volumes de dados requer recursos humanos e de hardware consideráveis, aumentando os custos. - Impacto ambiental: o armazenamento de dados consome energia, contribuindo para aumentar a pegada de carbono. Saiba mais: Armazenamento on-line: quanto espaço nossos dados ocupam?
Acúmulo de dados: qual o impacto psicológico?
1. Comparação com o acúmulo de materiais Algumas pesquisas comparam o acúmulo de dados digitais ao acúmulo de materiais (síndrome de Diógenes), um distúrbio psicológico bem reconhecido. A acumulação de materiais é caracterizada pela dificuldade de se desfazer de bens, o que leva ao acúmulo excessivo de objetos. Da mesma forma, o acúmulo de dados pode ser alimentado por compulsões semelhantes, como a ansiedade de perder informações potencialmente valiosas ou uma crença irracional na importância futura desses dados.
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2. Ansiedade e apego Estudos demonstraram que o acúmulo de dados pode estar associado a uma forma de ansiedade. Os indivíduos podem se sentir ansiosos com relação à perda de informações, o que os leva a armazenar grandes quantidades de dados, muitas vezes sem organização adequada. Esse comportamento também pode refletir um apego emocional aos arquivos, em que cada item digital é percebido como tendo um valor sentimental ou prático significativo. 3. Desinteresse e procrastinação Outra dimensão psicológica explorada é o desinteresse. Os acumuladores de dados podem procrastinar quando se trata de classificar e excluir arquivos. Esse comportamento geralmente está associado à falta de motivação ou à sobrecarga cognitiva, em que o indivíduo se sente sobrecarregado pelo volume de dados a ser gerenciado. 4. Transtorno obsessivo compulsivo (TOC) Também há possíveis ligações entre o acúmulo de dados e o transtorno obsessivo-compulsivo (TOC). Algumas pessoas podem sentir uma compulsão por coletar e armazenar informações, temendo consequências catastróficas se não o fizerem. Isso pode levar a um comportamento ritualístico e ao acúmulo excessivo de dados digitais, semelhante aos sintomas observados no TOC tradicional.
Apêndice: Estudos oficiais sobre crescimento de dados e psicologia
Aqui estão alguns estudos oficiais e artigos acadêmicos que exploram a psicologia por trás do acúmulo de dados digitais: Acumulação e minimalismo: Tendências na retenção de dados digitais Autor(es) : F. Vitale, I. Janzen, J. McGrenere Resumo: Este estudo examina as tendências na retenção de dados digitais, comparando os custos associados ao acúmulo de dados digitais e à desordem digital. Ele aborda o acúmulo como um conjunto de tendências cotidianas e não como um distúrbio clínico. Link: Leia o estudo Atitudes e fatores psicológicos associados ao monitoramento de notícias, distanciamento social, higienização e acumulação entre adolescentes dos EUA durante a pandemia da COVID-19 Autor(es) : B. Oosterhoff, C.A. Palmer Resumo : Esta pesquisa explora os comportamentos de monitoramento de notícias, distanciamento social, desinfecção e acumulação entre adolescentes americanos durante a pandemia da COVID-19. Ela destaca crenças psicológicas que podem promover comportamentos positivos de saúde. Link: Leia o estudo Comportamentos de acumulação digital: motivações subjacentes e possíveis consequências negativas Autor(es) : G. Sweeten, E. Sillence, N. Neave Resumo : Este estudo analisa o comportamento de acumulação digital, examinando as motivações subjacentes e as possíveis consequências negativas. Ele destaca as semelhanças entre a acumulação digital excessiva e os transtornos de acumulação de materiais. Link: Leia o estudo Esses estudos oferecem uma compreensão aprofundada dos fatores psicológicos que motivam o acúmulo de dados e as implicações desses comportamentos. Eles também mostram que o acúmulo de dados pode ser comparado a transtornos reconhecidos, como o acúmulo de materiais e o transtorno obsessivo-compulsivo (TOC). Read the full article
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vilaoperaria · 5 months
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Há uma necessidade urgente de aumentar a capacidade global de armazenamento de dados, uma vez que as abordagens atuais ficam aquém do crescimento exponencial da geração de dados impulsionada pela Internet, pelas redes sociais e pelas tecnologias de nuvem. Além de aumentar a densidade de armazenamento, as novas soluções deverão fornecer arquivamento de dados de longo prazo que vai muito além da tradicional memória magnética, discos ópticos e unidades de estado sólido. Aqui, é proposto um conceito de arquivamento de dados de alta densidade, ultralongo e com eficiência energética, baseado em defeitos de tamanho atômico opticamente ativos em um material resistente à radiação, o carboneto de silício (SiC). A informação é escrita nesses defeitos por feixes de íons focados e lida usando fotoluminescência ou catodoluminescência. A desativação desses defeitos dependente da temperatura sugere um tempo de retenção mínimo ao longo de algumas gerações sob condições ambientais. Com excitação de laser infravermelho próximo, codificação em escala de cinza e armazenamento de dados multicamadas, a densidade de área corresponde à dos discos Blu-ray. Além disso, é demonstrado que a limitação da densidade de área dos meios ópticos convencionais de armazenamento de dados devido à difração da luz pode ser superada pela excitação por feixe de elétrons focalizado. 1 Introdução Em 2012, a quantidade de dados digitais no mundo ultrapassou um Zettabyte (ZB ou 10 21 bytes), indicando o início da Era Zettabyte. Os dados gerados globalmente estão aumentando continuamente e espera-se que sejam superiores a 100 ZB/ano até 2025.  O consumo de energia dos data centers equivale a cerca de 1% da produção global de eletricidade; este número poderá aumentar para 3–13% até 2030.  O tempo de armazenamento limitado exige a migração de dados dentro de vários anos para evitar qualquer perda de dados. Isto aumenta substancialmente o consumo de energia, porque uma quantidade significativa de energia é consumida durante essa migração de dados.  A demanda por redução do consumo de energia, prolongamento do tempo de armazenamento e aumento da capacidade de big data levou a uma melhoria contínua das tecnologias atuais, como mídia magnética, discos ópticos e unidades de estado sólido. A memória magnética é a principal escolha para arquivamento de dados devido à sua grande capacidade de armazenamento. Um protótipo de fita magnética desenvolvido recentemente mostra um desempenho de gravação com uma densidade de armazenamento de área de 317,3 Gbit/in 2 .  O aumento da densidade de armazenamento requer a diminuição do tamanho da partícula magnética. Neste caso, as flutuações térmicas e os processos de difusão tornam-se significativos, resultando numa diminuição do tempo de armazenamento. Isto pode ser superado usando materiais com maior coercividade, o que por sua vez leva a uma maior energia necessária para armazenar um bit magnético. Por outro lado, os discos ópticos podem fornecer um tempo de armazenamento aparentemente ilimitado.  No entanto, o limite de difração restringe o menor bit de gravação à metade do comprimento de onda da luz, o que por sua vez limita a capacidade máxima de armazenamento. Usando gravação óptica multidimensional (isto é, múltiplas camadas dentro do meio, domínio espectral, codificação em escala de cinza, etc.), a capacidade de armazenamento por volume pode ser aumentada drasticamente.  Nos conceitos demonstrados, o registro óptico multidimensional é baseado na modificação do material utilizando pulsos de laser ultracurtos.  A energia necessária para escrever um único bit nessas abordagens está acima de 100 nJ/bit. Este valor é muitas ordens de magnitude maior do que para unidades de disco magnético e unidades de estado sólido, que está na faixa de 1 pJ/bit e 100 fJ/bit, respectivamente. Esses valores podem ser melhorados ainda mais reduzindo a carga de calor.  Por outro lado, o armazenamento óptico de dados não precisa ser atualizado e, portanto, não consome energia no estado ocioso.
No caso de arquivamento de dados a longo prazo, existe um compromisso entre a energia necessária para escrever um único bit e o tempo de vida do armazenamento.  Outras abordagens para armazenamento de dados de ultra-alta densidade estão em desenvolvimento. Particularmente, o armazenamento digital de dados DNA fornece a maior densidade de armazenamento por volume. Em uma abordagem alternativa, as memórias de tamanho atômico têm a maior densidade de armazenamento de área.  No entanto, os horários para escrever e ler nestes dois casos são atualmente impraticáveis. Particularmente, a velocidade de gravação está entre 0,8 e 0,07 bit/s no caso de memória de tamanho atômico. Os centros de cores no estado sólido constituem um tipo alternativo de armazenamento em escala atômica. De facto, foi demonstrado o armazenamento de dados utilizando os centros de vacância de azoto (NV) no diamante. A codificação de bits é realizada usando controle de estado de carga com luz laser e a leitura é realizada via fotoluminescência (PL). No entanto, os padrões de bits são armazenados nos centros NV por apenas mais de uma semana no escuro, o que não é suficiente para uso prático. Aqui, propomos um conceito de armazenamento de dados WORM (write once read many) de longo prazo baseado em carboneto de silício (SiC), conforme mostrado esquematicamente na Figura . O SiC hospeda centros de cores em escala atômica, especialmente a vacância de silício (VSi ) , ou seja, a ausência de átomo de silício no sítio da rede. Possui uma ampla banda PL à temperatura ambiente na faixa espectral do infravermelho próximo (NIR). Os defeitos V Si são criados por um feixe focado de prótons ou íons de hélio, proporcionando alta resolução espacial, rápida velocidade de gravação e baixa energia para armazenar um único bit. O limite de difração da densidade de armazenamento inerente à mídia óptica é superado pelos esquemas de codificação 4D. Nestes esquemas, as três dimensões espaciais e a quarta dimensão de intensidade adicional (codificação em escala de cinza) são realizadas controlando a posição lateral e a profundidade, bem como o número de defeitos V Si através da energia iônica e da fluência, respectivamente. Um microscópio confocal de varredura PL é usado para ler opticamente os dados armazenados. Alternativamente, o uso de catodoluminescência (CL) em vez de PL pode melhorar drasticamente a densidade de armazenamento de área. [caption id="attachment_87019" align="aligncenter" width="633"] Um conceito de armazenamento óptico de dados de longo prazo em SiC. a) A informação é escrita em defeitos atômicos opticamente ativos por um feixe de íons focado e lida usando o defeito PL ou CL. O comprimento de onda de excitação é 785 nm. b) Espectro PL típico em HPSI SiC cultivado e após irradiação iônica. c) O decaimento da intensidade de V Si PL em diferentes temperaturas. As linhas sólidas são adequadas para exp (− t /τ) e as linhas tracejadas representam extrapolação para um tempo de recozimento mais longo t . d) Gráfico de Arrhenius da taxa de decaimento PL 1/τ. A área sombreada ao redor da linha sólida representa a tolerância dos valores extrapolados. À temperatura ambiente, as informações em V Si podem ser armazenadas por mais de dez milhões de anos.[/caption] 2 Resultados e Discussão Para nossos estudos, utilizamos wafers comerciais de 4H-SiC. Para criar vagas atômicas, realizamos irradiação de prótons com fluência de 1 × 10 15  cm −2 . Em seguida, medimos PL de V Si na faixa espectral de 800 a 1000 nm sob excitação ideal a 785 nm.  Os espectros de PL à temperatura ambiente na amostra cultivada e medidos após a irradiação são mostrados na Figura   , indicando uma ativação clara de defeitos V Si opticamente ativos sem qualquer tratamento pós-irradiação. Além disso, realizamos experimentos de ressonância magnética detectada opticamente (ODMR) em áreas implantadas ( Informações de Apoio ). A observação do pico ODMR a 70 MHz é uma indicação clara dos defeitos V Si no 4H-SiC. 
2.1 Tempo de armazenamento Está bem estabelecido que a temperatura ideal de recozimento para curar a rede dos danos da irradiação e simultaneamente preservar o V Si está na faixa de 500 - 600°C.  Em temperaturas de recozimento mais altas, os defeitos V Si são rapidamente removidos. Investigamos agora em detalhes a dependência da intensidade PL integrada no tempo de duração do recozimento t para diferentes temperaturas de recozimento T . Para curar o cristal dos danos da irradiação, partimos de baixas temperaturas de recozimento em etapas de 100°C e duração de 90 min em cada etapa. Todos os experimentos de recozimento são realizados em atmosfera Ar. O recozimento leva a um aumento inicial da intensidade do PL em aproximadamente 52%. Quando observamos que o PL começa a cair a 640°C, paramos para aumentar a temperatura e realizamos várias séries de experimentos de recozimento em temperaturas mais baixas, variando o tempo de recozimento. No início de cada série de temperaturas, os valores de temperatura adequados e os tempos de recozimento associados são determinados pelo teste. Na etapa final, realizamos o recozimento a uma temperatura mais elevada de 900°C até o completo desaparecimento do PL e confirmação do decaimento mono-exponencial. Para aumentar a precisão e garantir a repetibilidade da alteração relativa do PL, todas as medições de recozimento são realizadas na mesma amostra e na mesma área. O histórico completo de recozimento da amostra é apresentado nas Informações de Apoio. A tendência geral é que quanto menor a temperatura de recozimento, maior será o tempo de recozimento necessário para observar quaisquer alterações de PL . Notavelmente, mesmo a T = 400°C, uma diminuição muito pequena, mas diferente de zero, na intensidade de PL é detectável durante um longo tempo de recozimento de 6 h.  A temperatura mais alta T = 900°C é escolhida como a última das quatro séries de recozimento, de modo que são necessários tempos de recozimento curtos na faixa de minutos para observar decaimento PL significativo. Finalmente, os experimentos desta série são realizados até que nenhum defeito V Si opticamente ativo seja mais observado. O recozimento a 900°C mostra um decaimento exponencial completo, que pode ser ajustado para exp (− t /τ), como mostrado pela linha sólida na Figura. Para temperaturas de recozimento mais baixas, a variação do PL é pequena e o ajuste é dado pelo primeiro termo do expoente da expansão de Taylor 1 − t /τ. A dependência do tempo de decaimento PL τ com a temperatura é determinada pela energia de ativação E a , de acordo com a lei de Arrhenius  aqui, k B é a constante de Boltzmann. O gráfico de Arrhenius de 1/τ em função da temperatura é apresentado na Figura. A partir do ajuste à Equação, obtemos E a = 860 ± 10 meV. Para efeito de comparação, a energia térmica à temperatura ambiente é de 26 meV. Com o fator de frequência A = 1,6 ± 0,1 Hz, extrapolamos o tempo de decaimento do PL para τ = 1,1 × 10 7  anos à temperatura ambiente T = 22°C e τ = 0,9 × 10 4  anos no ponto de ebulição da água sob pressão padrão T = 100ºC. A extrapolação durante um período tão longo resulta em um erro muito grande. Mas obviamente, o meio de informação baseado nos defeitos V Si no SiC pode preservar a informação ao longo de algumas gerações, ou seja, no mínimo algumas centenas de anos. 2.2 Armazenamento de dados com codificação em escala de cinza A seguir, registramos o texto “E pur si muove - Embora ele se mova” de Galileo Galilei em defeitos V Si opticamente ativos . Para realizar a gravação digital, convertemos este texto para a representação hexadecimal do código ASCII, conforme descrito nas Informações de Apoio. Criamos defeitos V Si usando um microfeixe de prótons focado em um ponto redondo de aproximadamente 1 µm de diâmetro.  Um esquema de codificação de dois bits é usado para cada pixel de implantação. Implantamos 4 × 10 6 prótons para escrever 01 e, correspondentemente, dobramos e triplicamos esse valor para escrever 10 e 11.
A ausência de implantação corresponde a 00. Nenhum recozimento pós-implantação é realizado e os dados podem ser lidos imediatamente após a gravação . Para recuperar o fluxo digital gravado, usamos um microscópio confocal de varredura caseiro, conforme apresentado na Figura  . Os defeitos V Si são excitados com um laser de 785 nm e o PL integrado é medido com um detector de fóton único de silício após filtragem com um filtro passa-longo de 800 nm. A Figura  mostra o V Si PL ao longo de uma das trilhas de dados, onde as diferentes taxas de contagem para os quatro estados lógicos 00, 01, 10 e 11 são claramente vistas. A Figura  mostra as estatísticas da taxa de contagem de PL para todos os pixels. Observamos que a largura total na metade do máximo (FWHM) de 1,6 µm é dada pela convolução do tamanho real do pixel e do tamanho do ponto do laser, sendo ambos de cerca de 1 µm. Notamos também que embora o tamanho do pixel possa ser significativamente reduzido, a resolução espacial do padrão óptico não pode ser significativamente melhorada devido ao limite de difração dado pelo comprimento de onda do laser. Podem ser vistos quatro máximos que identificamos com os quatro estados lógicos. Por fim restauramos o texto “E pur si i uove - Albe Y t it does move”. Dos 294 bits registrados, detectamos apenas dois erros de bits, levando a dois caracteres errados (destacados em negrito). Esses erros são devidos a alguma variação na intensidade do PL e podem ser corrigidos usando bits redundantes como referência para taxas de contagem. [caption id="attachment_87024" align="aligncenter" width="1000"] Armazenamento óptico de dados em SiC usando codificação em escala de cinza. a) Um exemplo de fluxo digital com codificação de dois bits por pixel. A barra de escala é 10 µm. b) Taxa de contagem de fótons do V Si PL registrada ao longo de uma das trilhas de dados. Quatro níveis de taxa de contagem representam os estados lógicos de dois bits 00, 01, 10 e 11. c) Estatísticas da taxa de contagem PL sobre todos os pixels.[/caption] Para aumentar a capacidade de armazenamento, demonstramos a codificação multicamadas conforme apresentado esquematicamente na Figura  . Usamos wafers comerciais de SiC e registramos mapas da Terra em diferentes épocas geológicas. Primeiro, esses mapas são convertidos em imagens em tons de cinza de oito bits (Supporting Information) com distância entre pixels de 80 nm. Os íons He com uma energia de 25 keV são focados em um tamanho de ponto de aproximadamente 1 nm na superfície da amostra em um microscópio de íons de hélio (HIM). Para encontrar as condições ideais de gravação, realizamos uma série de experimentos com diferentes fluências de implantação, conforme descrito nas Informações de Apoio. Descobrimos que a intensidade de V Si PL aumenta quase linearmente até uma fluência de Φ max = 1 × 10 13  cm −2 . Ele satura em 5 × 10 13  cm −2 e depois cai devido ao dano induzido por íons na estrutura cristalina do SiC. A escala de cinza para escrita de feixe de íons focado  é escolhida de forma que o estado lógico máximo de 8 bits seja codificado com Φ max σ HIM . Aqui, σ HIM é a área determinada pelo desvio lateral obtido na simulação SRIM (Stopping and Range of Ions in Matter). Outros estados de bits diminuem linearmente com a fluência de implantação. [caption id="attachment_87023" align="aligncenter" width="633"] Armazenamento óptico de dados em SiC usando codificação multicamada. a) Um esquema do meio de armazenamento óptico com camadas de dados de cerca de 250 nm de espessura, separadas por espaçadores transparentes. b) Varreduras PL confocal em profundidade através de dois pontos. Os pontos são selecionados de forma que a fluência de irradiação seja a mesma na camada dois e diferente na camada um. Devido à absorção insignificante do laser de excitação e do V Si PL no SiC, não há interferência entre as camadas. c) Um mapa da Terra de 240 milhões de anos atrás armazenado/recuperado da camada um. Uma codificação em escala
de cinza de oito bits é usada pela escrita de feixe de íons e uma codificação de três bits é reinstaurada pela leitura óptica. d) Um mapa da Terra hoje armazenado/recuperado da camada dois. A taxa de contagem de fundo de 50k cps causada pelo V Si residual é subtraída em (c, d). A taxa de contagem de 87,5 mil cps corresponde a um nível da codificação em escala de cinza de três bits.[/caption] Depois de escrever mapas individuais da Terra em wafers de SiC separados, eles são empilhados juntos (Figura  3a ). Em seguida, usamos uma configuração confocal para recuperar os mapas armazenados. Varreduras detalhadas através de diferentes pontos são mostradas na Figura  3b . O espaçador transparente nessas varreduras é dado pela espessura do wafer de 250 µm. Considerando a resolução de profundidade de 60 µm juntamente com a distância de trabalho da objetiva de 700 µm, concluímos que até dez camadas podem ser recuperadas sem interferência. Isso se deve ao fraco coeficiente de absorção de SiC nos comprimentos de onda de excitação e V Si PL, que são maiores que 380 nm, correspondendo ao bandgap 4H-SiC. Os mapas recuperados de duas camadas separadas por um espaçador são apresentados nas Figuras  3c e d . Aqui, usamos codificação de 3 bits para reconstruir os mapas. Como a separação de pixels no desenho do projeto é muito menor do que a resolução espacial óptica e a codificação de escrita é mais precisa do que a codificação de leitura, muitos detalhes são calculados em média (Informações de Suporte). Por esta razão, não podemos estimar a precisão da leitura da Figura  3 . Agora estimamos o limite de densidade de armazenamento da nossa gravação 4D. A resolução óptica lateral é dada pelo critério de Rayleigh 1,22λ/NA, onde λ = 785 nm é o comprimento de onda de excitação e NA = 0,81 é a abertura numérica da objetiva. Consideramos então dez camadas e codificação em escala de cinza de três bits para a terceira e quarta dimensões, respectivamente. Finalmente, obtemos uma densidade de armazenamento de 75 Gbit/in2 para dez camadas. 2.3 Leitura de Catodoluminescência O limite de difração do tamanho mínimo do ponto sob excitação óptica é muito maior que a área implantada no HIM. A Figura  4a mostra uma simulação SRIM da distribuição lateral e profunda dos defeitos V Si criados por íons He com energia de 25 keV. A profundidade de penetração dos íons He com esta energia é de cerca de 250 nm. Devido ao espalhamento lateral de íons dentro da camada de SiC, a área implantada tem cerca de σ HIM ≈200 nm de diâmetro. Para aumentar a resolução espacial, propomos usar CL em vez de PL. A Figura  4b mostra o desgarrado de elétrons com energia de 5 keV em SiC, simulado com o software CASINO (monte CARlo SIMulation of electroN path in sOlids). O desvio lateral é de cerca de σ CL ≈ 300 nm. Embora os elétrons com essa energia penetrem no SiC ao longo de vários µm, a simulação da profundidade é limitada a uma profundidade de 250 nm, que é a espessura da camada epitaxial de SiC usada em nossos experimentos de CL. Observamos que a leitura multicamadas não é possível neste caso. [caption id="attachment_87025" align="aligncenter" width="1000"] Armazenamento de dados em SiC com leitura CL. a) Simulação SRIM da criação de V Si com implantação de He com energia de pouso de 25 keV indicando desgarrado longitudinal e lateral. b) Simulação CASINO do espalhamento longitudinal e lateral de elétrons com energia de 5 keV. c) Mapa de intensidade CL do código de barras escrito com HIM. d) Espectro CL das áreas irradiadas e cultivadas. e) Leitura integrada da linha CL através do código de barras armazenado em c). As linhas sólidas são um ajuste multi-gaussiano. A inserção mostra o código de barras armazenado em (c).[/caption] Os espectros CL na faixa de 800 a 1000 nm são mostrados na Figura  4d . Há um sinal CL extremamente baixo em uma amostra cultivada em comparação com PL. A razão para isso é uma concentração cada vez mais baixa de defeitos de V Si nas camadas epitaxiais em comparação com os wafers HPSI usados ​​para PL (Seção Experimental).
Após a implantação de He a uma fluência de 5 × 10 13  cm −2 , o espectro CL tem a mesma posição de pico e largura espectral que o espectro PL da Figura  1b , demonstrando que os elétrons podem de fato excitar eficientemente os defeitos V Si . Em seguida, usamos o HIM para escrever um código de barras representado no encarte da Figura  4e . Este código de barras representa o número 916, correspondente à posição espectral de uma das linhas de fônons zero V Si em 4H-SiC. O código de barras foi criado usando linhas de pixel único com fluência de 70 íons/nm a uma energia de 25 keV usando uma corrente de íons de 0,5 pA. O código de barras recuperado com CL é apresentado na Figura  4c . Para ser espectralmente seletivo à emissão dos defeitos V Si , detectamos sinais de 800 nm (usando filtros passa-longo) a 1000 nm (dado pela sensibilidade espectral do detector de silício). Para analisar a resolução espacial, integramos o sinal ao longo das barras e traçamos a varredura linear através das barras, conforme mostrado na Figura  4e . A partir do ajuste multi-gaussiano, descobrimos que a largura total na metade do máximo (FWHM) das barras mais estreitas é de cerca de 420 nm, o que representa a resolução espacial. Este valor está em boa concordância com a resolução espacial lateral esperada dada pelo He combinado e pelo espalhamento de elétrons. De acordo com a Figura  4a,b , a resolução espacial pode ser significativamente melhorada se a profundidade de criação dos defeitos V Si for limitada a 50 nm. Isto pode ser realizado usando íons He com menor energia em combinação com camadas epitaxiais de SiC mais finas. O espalhamento lateral de íons e elétrons He é limitado, neste caso, a 30 e 40 nm, respectivamente, resultando em uma resolução espacial total de 50 nm. Corresponde à densidade de armazenamento para uma única camada próxima de 300 Gbit/in 2 , que é comparável à densidade de área de registro das fitas magnéticas mas com tempo de armazenamento muito maior e sem necessidade de migração de dados. Observamos que a densidade máxima de defeitos V Si opticamente ativos é 10 16  cm −3 ,  enquanto para concentrações mais altas a presença de canais de recombinação não radiativos devido a danos no cristal induzidos por irradiação suprime a emissão. Para tal densidade de volume, a distância média entre defeitos únicos de V Si é de 46 nm. Portanto, para atingir a densidade de armazenamento de área acima mencionada de 300 Gbit/in 2 , o único bit deve ser armazenado em um único ou em poucos defeitos V Si . A criação de um número único ou contável de defeitos V Si obedece à distribuição de Poisson. Para o valor médio de 1 V Si , a probabilidade de criar defeitos de 0 V Si é de cerca de 36,7% e a fidelidade de escrita correspondente é baixa. Porém, no limite de defeitos únicos ou poucos, a codificação binária é possível, onde o 0 lógico é representado pela ausência do sinal CL e o 1 lógico é representado pelo sinal CL diferente de zero dos defeitos V Si . Particularmente, se o valor médio for igual a 5 V Si , a probabilidade de criar um defeito de 0 V Si é inferior a 0,7%. A fidelidade de escrita correspondente definida estatisticamente estaria acima de 99,3% neste caso. O rendimento de criação de defeitos únicos de V Si usando íons He com uma energia de 6 keV é de 8,5%, o que corresponde em média a 12 íons He necessários para criar um (ou 5) centro (s) V Si . Com base nesses números, a energia mínima necessária para armazenar um único bit é estimada em 10 fJ (ou 50 fJ). Este valor não leva em consideração o consumo de energia necessário para manter a IHM funcionando. O consumo geral de energia aumenta com o número de bits e a velocidade de escrita/leitura, mas não existe tal escalonamento para a operação da HIM. Portanto, no limite de um número muito grande de bits, a energia consumida deve ser determinada pela necessária para escrever o bit individual. A velocidade de gravação alcançável é um critério importante para armazenamento de dados a longo prazo.
É limitado pela fluência necessária para a criação dos defeitos e pela corrente do feixe de íons. No entanto, este último está ligado ao tamanho do spot alcançável e, portanto, não pode ser aumentado indefinidamente. Se assumirmos uma fluência necessária de Φ He = 1,2 × 10 12  cm −2 e uma área de bits de 1000 nm 2 de acordo com os resultados apresentados acima, necessitamos da implantação de ≈12 íons He. No caso da HIM, podemos utilizar altas correntes na faixa de 2 pA, pois a resolução necessária pode ser facilmente alcançada. Nestas condições, a gravação de um único pixel requer apenas 100 ns. Portanto, nossa abordagem tem potencial para atingir uma velocidade de gravação de 10 Mbit/s (ignorando o tempo necessário para direção e atualização do feixe, que é apenas uma pequena correção). Essa velocidade de gravação é mais rápida do que em outras mídias ópticas de armazenamento de dados.  Defeitos opticamente ativos também podem ser alcançados com outros íons. Uma fonte de íons metálicos líquidos permitirá aumentar a corrente para alguns 10 nA. Desde que o tamanho do ponto de 40 nm possa ser mantido, isto resulta, no entanto, em tempos de permanência extremamente curtos, o que exigirá novos supressores de feixe de alta velocidade. Assumindo um supressor tão rápido, capaz de apagar e revelar o feixe em menos de 10 ns , uma corrente de 200 pA é necessária para atingir a fluência necessária Φ Ga . Em tal sistema FIB hipotético, velocidades de gravação de até 100 Mbit/s poderiam ser alcançadas. A velocidade de leitura é diretamente limitada pela taxa de emissão dos defeitos V Si . Para o armazenamento de dados ópticos 4D descrito na Figura   , o potencial limite superior da velocidade de leitura é de cerca de 100 kbit/s. É muito menor se bits únicos forem armazenados em defeitos únicos de V Si , estando na faixa de apenas 1 kbit/s. Alguns outros centros de cores em SiC demonstram PL muito forte, que pode fornecer velocidade de leitura de defeitos únicos superior a 1 Mbit/s.  Alternativamente, a taxa de contagem e, correspondentemente, a velocidade de leitura podem ser significativamente melhoradas coletando PL da face m do cristal de SiC  ou coletando CL de nanocristais de SiC  depositados em uma superfície condutora espelhada. 3 Conclusão Demonstramos armazenamento de dados ultralongo e de alta densidade baseado em defeitos V Si , que são criados por feixes de íons focados. Para recuperar as informações armazenadas, excitamos os defeitos V Si com um laser de 785 nm usado em drives de CD e detectamos seu PL. Em seguida, aplicamos esquemas de codificação em escala de cinza de dois e oito bits com base na intensidade PL para armazenar texto e imagens, respectivamente. As imagens são armazenadas em duas camadas e nossas estimativas mostram que até dez camadas podem ser lidas sem interferência. Neste caso, a densidade de armazenamento projetada está na faixa de dezenas de Gbit/pol 2 , o que é comparável com discos HD DVD e Blu-ray. A extrapolação do tempo de decaimento do PL ativado termicamente aponta para um tempo de armazenamento extremamente longo. Para superar o limite de difração, demonstramos então que CL pode ser usado em vez de PL para ler bits codificados em defeitos V Si opticamente ativos. Para examinar a resolução espacial, que determina a densidade de armazenamento de área, escrevemos um código de barras em 4H-SiC usando HIM e lemos usando CL. Embora a resolução espacial do CL de cerca de 360 ​​nm seja melhor do que no caso do PL, ela é limitada pelo espalhamento de íons e elétrons durante os processos de gravação e leitura, respectivamente. Ao reduzir a espessura da camada de gravação para 50 nm, a resolução espacial pode ser significativamente melhorada, proporcionando o limite teórico da densidade de armazenamento de cerca de 300 Gbit/in 2 . Nossa abordagem não se limita ao SiC e pode ser estendida a outros materiais com defeitos opticamente ativos, incluindo materiais 2D como WS 2  e hBN.  4 Seção Experimental
Amostras As amostras de 4H-SiC foram adquiridas da STMicroelectronics (anteriormente Norstel). Para os experimentos de PL, foi utilizado um wafer 4H-SiC semi-isolante de alta pureza (HPSI). Para os experimentos de CL, foi utilizada uma camada epitaxial de 4H-SiC tipo p (nível de dopagem 1 × 10 17  cm -3 ) com espessura de 250 nm, cultivada em um substrato 4H-SiC tipo n. Um substrato condutor foi necessário para descarregar a amostra quando ela foi exposta ao feixe de elétrons em experimentos de CL. Microscópio Confocal As medições de PL foram realizadas à temperatura ambiente sob condições de vácuo, utilizando um microscópio confocal caseiro. Um laser acoplado a fibra de 785 nm de onda contínua (Thorlabs, LP785-SF20) foi enviado através de um filtro passa-faixa de 785 nm com uma janela de transmissão de 10 nm (AHF Analysentechnik AG, ZET785/10) e focado na amostra usando um objetiva do microscópio com NA = 0,81 otimizada para a faixa espectral NIR. A potência do laser foi controlada usando um atenuador de fibra óptica variável em linha (Thorlabs, VOA780-FC) e ajustada para aproximadamente 6 mW. Utilizando um sistema de nanoposicionamento de circuito fechado (attocube, ANPx311) ancorado ao porta-amostras, foram realizadas varreduras raster PL confocal 2D dos padrões HIM espacialmente seletivos. Para as varreduras PL em profundidade, foi considerado o índice de refração de SiC n SiC = 2,6. A emissão NIR do V Si foi coletada pela mesma objetiva enquanto os resíduos da luz laser foram limpos por um conjunto de dois filtros passa-longa de 800 nm (Thorlabs, FELH0800). O PL foi alimentado em um detector de fóton único de nanofio supercondutor acoplado a fibra de banda larga (Single Quantum) para medições de PL espectralmente integradas ou acoplado a um espectrômetro equipado com um Si-CCD (Andor Technology, iVac 324 FI) para medições de PL seletivas de comprimento de onda . Implantação de feixe de íons focado Os experimentos com feixe de prótons foram realizados nas instalações de irradiação TIARA da QST Takasaki, Japão. O acelerador de partículas de extremidade única de 3 MV foi utilizado para gerar um feixe focalizado estável com tamanho típico de 1 × 1 µm 2 , que foi estimado na estação final por imagens de elétrons secundários em uma malha de cobre. A estação final foi equipada com um estágio de precisão de dois eixos (Canon Precision) e controlou a posição do wafer SiC. A corrente do feixe através do porta-amostras foi monitorada durante a irradiação para registrar flutuações e desvios da corrente e fluência pretendidas, enquanto as correntes precisas do feixe foram avaliadas antes e depois do experimento de irradiação por um copo de Faraday conectado a um picômetro. Toda a irradiação com feixe de íons He foi realizada em um Carl Zeiss Orion NanoFAB. A máquina possui vários complementos, incluindo um supressor rápido capaz do comprimento de pulso ultracurto mencionado acima, que também é usado para TOF-SIMS.  Salvo indicação em contrário, uma pressão de hélio de2×10−6mbar, foi utilizada uma abertura de 10 µm, número de controle de ponto 4 e tensão de aceleração de 25 kV. Para reduzir a irradiação não intencional por átomos de He energéticos neutros, todos os padrões de irradiação foram colocados pelo menos 50 µm (normalmente 100 µm) fora do eixo da coluna óptica de íons. Catodoluminescência O sistema de detecção óptica comercialmente disponível (delmic SPARC) utilizado para as medições de CL foi acoplado a um microscópio eletrônico de varredura (scienta omicron NanoSAM Lab). A amostra foi montada em um sistema de microposicionamento controlado por piezo. O feixe de elétrons foi direcionado através de uma abertura micrométrica do espelho parabólico e focado na superfície da amostra até um tamanho de ponto abaixo de 10 nm. Um sinal CL foi emitido quando o feixe contínuo de elétrons de 5 keV (1 nA) excita V Si no ponto focal do espelho parabólico. A resposta CL foi coletada pelo mesmo espelho parabólico e acoplada a fibra (Thorlabs,
FG300AEA) a um Si-APD (Thorlabs, APD440A) para medições CL espectralmente integradas ou acoplada a um espectrômetro equipado com uma câmera Si-CMOS (Andor Technology , Zyla 5.5 sCMOS) para medições CL seletivas de comprimento de onda. Mapas de intensidade CL 2D foram obtidos escaneando o feixe de elétrons lateralmente através do padrão HIM. Para evitar contribuições de outros defeitos luminescentes na faixa espectral visível, o sinal CL foi filtrado em passagem longa a 830 nm (Semrock, LP02-830RE-25). Todas as medições de CL foram realizadas à temperatura ambiente sob condições de vácuo. Reconhecimentos VD e GVA reconheceram o apoio financeiro do Cluster de Excelência em Complexidade e Topologia em Matéria Quântica de Würzburg-Dresden ct.qmat (EXC 2147, ID de projeto DFG 390858490). TO reconheceu o apoio do MEXT Q-LEAP JPMXS0118067395. M. Ho. obrigado Helmut Schultheiss pela assistência com o Blender na preparação dos esquemas na Figura  1a . GH e LB são membros da Ação COST FIT4NANO CA19140 http://www.fit4nano.eu. HK realizou trabalhos no Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, sob contrato com a Nastional Aeronautics and Space Administration (80NM0018D0004). O apoio do Ion Beam Center (IBC) nas instalações de irradiação HZDR e TIARA da QST Takasaki é reconhecido com gratidão pela implantação iônica. Financiamento de acesso aberto habilitado e organizado pelo Projekt DEAL. Conflito de interesses Os autores declaram não haver conflito de interesses. https://w3b.com.br/armazenamento-de-dados-de-alta-densidade-e-ultralongo-prazo-com-defeitos-atomicos-em-sic/?feed_id=3315&_unique_id=662bb2f06d6a6
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Há uma necessidade urgente de aumentar a capacidade global de armazenamento de dados, uma vez que as abordagens atuais ficam aquém do crescimento exponencial da geração de dados impulsionada pela Internet, pelas redes sociais e pelas tecnologias de nuvem. Além de aumentar a densidade de armazenamento, as novas soluções deverão fornecer arquivamento de dados de longo prazo que vai muito além da tradicional memória magnética, discos ópticos e unidades de estado sólido. Aqui, é proposto um conceito de arquivamento de dados de alta densidade, ultralongo e com eficiência energética, baseado em defeitos de tamanho atômico opticamente ativos em um material resistente à radiação, o carboneto de silício (SiC). A informação é escrita nesses defeitos por feixes de íons focados e lida usando fotoluminescência ou catodoluminescência. A desativação desses defeitos dependente da temperatura sugere um tempo de retenção mínimo ao longo de algumas gerações sob condições ambientais. Com excitação de laser infravermelho próximo, codificação em escala de cinza e armazenamento de dados multicamadas, a densidade de área corresponde à dos discos Blu-ray. Além disso, é demonstrado que a limitação da densidade de área dos meios ópticos convencionais de armazenamento de dados devido à difração da luz pode ser superada pela excitação por feixe de elétrons focalizado. 1 Introdução Em 2012, a quantidade de dados digitais no mundo ultrapassou um Zettabyte (ZB ou 10 21 bytes), indicando o início da Era Zettabyte. Os dados gerados globalmente estão aumentando continuamente e espera-se que sejam superiores a 100 ZB/ano até 2025.  O consumo de energia dos data centers equivale a cerca de 1% da produção global de eletricidade; este número poderá aumentar para 3–13% até 2030.  O tempo de armazenamento limitado exige a migração de dados dentro de vários anos para evitar qualquer perda de dados. Isto aumenta substancialmente o consumo de energia, porque uma quantidade significativa de energia é consumida durante essa migração de dados.  A demanda por redução do consumo de energia, prolongamento do tempo de armazenamento e aumento da capacidade de big data levou a uma melhoria contínua das tecnologias atuais, como mídia magnética, discos ópticos e unidades de estado sólido. A memória magnética é a principal escolha para arquivamento de dados devido à sua grande capacidade de armazenamento. Um protótipo de fita magnética desenvolvido recentemente mostra um desempenho de gravação com uma densidade de armazenamento de área de 317,3 Gbit/in 2 .  O aumento da densidade de armazenamento requer a diminuição do tamanho da partícula magnética. Neste caso, as flutuações térmicas e os processos de difusão tornam-se significativos, resultando numa diminuição do tempo de armazenamento. Isto pode ser superado usando materiais com maior coercividade, o que por sua vez leva a uma maior energia necessária para armazenar um bit magnético. Por outro lado, os discos ópticos podem fornecer um tempo de armazenamento aparentemente ilimitado.  No entanto, o limite de difração restringe o menor bit de gravação à metade do comprimento de onda da luz, o que por sua vez limita a capacidade máxima de armazenamento. Usando gravação óptica multidimensional (isto é, múltiplas camadas dentro do meio, domínio espectral, codificação em escala de cinza, etc.), a capacidade de armazenamento por volume pode ser aumentada drasticamente.  Nos conceitos demonstrados, o registro óptico multidimensional é baseado na modificação do material utilizando pulsos de laser ultracurtos.  A energia necessária para escrever um único bit nessas abordagens está acima de 100 nJ/bit. Este valor é muitas ordens de magnitude maior do que para unidades de disco magnético e unidades de estado sólido, que está na faixa de 1 pJ/bit e 100 fJ/bit, respectivamente. Esses valores podem ser melhorados ainda mais reduzindo a carga de calor.  Por outro lado, o armazenamento óptico de dados não precisa ser atualizado e, portanto, não consome energia no estado ocioso.
No caso de arquivamento de dados a longo prazo, existe um compromisso entre a energia necessária para escrever um único bit e o tempo de vida do armazenamento.  Outras abordagens para armazenamento de dados de ultra-alta densidade estão em desenvolvimento. Particularmente, o armazenamento digital de dados DNA fornece a maior densidade de armazenamento por volume. Em uma abordagem alternativa, as memórias de tamanho atômico têm a maior densidade de armazenamento de área.  No entanto, os horários para escrever e ler nestes dois casos são atualmente impraticáveis. Particularmente, a velocidade de gravação está entre 0,8 e 0,07 bit/s no caso de memória de tamanho atômico. Os centros de cores no estado sólido constituem um tipo alternativo de armazenamento em escala atômica. De facto, foi demonstrado o armazenamento de dados utilizando os centros de vacância de azoto (NV) no diamante. A codificação de bits é realizada usando controle de estado de carga com luz laser e a leitura é realizada via fotoluminescência (PL). No entanto, os padrões de bits são armazenados nos centros NV por apenas mais de uma semana no escuro, o que não é suficiente para uso prático. Aqui, propomos um conceito de armazenamento de dados WORM (write once read many) de longo prazo baseado em carboneto de silício (SiC), conforme mostrado esquematicamente na Figura . O SiC hospeda centros de cores em escala atômica, especialmente a vacância de silício (VSi ) , ou seja, a ausência de átomo de silício no sítio da rede. Possui uma ampla banda PL à temperatura ambiente na faixa espectral do infravermelho próximo (NIR). Os defeitos V Si são criados por um feixe focado de prótons ou íons de hélio, proporcionando alta resolução espacial, rápida velocidade de gravação e baixa energia para armazenar um único bit. O limite de difração da densidade de armazenamento inerente à mídia óptica é superado pelos esquemas de codificação 4D. Nestes esquemas, as três dimensões espaciais e a quarta dimensão de intensidade adicional (codificação em escala de cinza) são realizadas controlando a posição lateral e a profundidade, bem como o número de defeitos V Si através da energia iônica e da fluência, respectivamente. Um microscópio confocal de varredura PL é usado para ler opticamente os dados armazenados. Alternativamente, o uso de catodoluminescência (CL) em vez de PL pode melhorar drasticamente a densidade de armazenamento de área. [caption id="attachment_87019" align="aligncenter" width="633"] Um conceito de armazenamento óptico de dados de longo prazo em SiC. a) A informação é escrita em defeitos atômicos opticamente ativos por um feixe de íons focado e lida usando o defeito PL ou CL. O comprimento de onda de excitação é 785 nm. b) Espectro PL típico em HPSI SiC cultivado e após irradiação iônica. c) O decaimento da intensidade de V Si PL em diferentes temperaturas. As linhas sólidas são adequadas para exp (− t /τ) e as linhas tracejadas representam extrapolação para um tempo de recozimento mais longo t . d) Gráfico de Arrhenius da taxa de decaimento PL 1/τ. A área sombreada ao redor da linha sólida representa a tolerância dos valores extrapolados. À temperatura ambiente, as informações em V Si podem ser armazenadas por mais de dez milhões de anos.[/caption] 2 Resultados e Discussão Para nossos estudos, utilizamos wafers comerciais de 4H-SiC. Para criar vagas atômicas, realizamos irradiação de prótons com fluência de 1 × 10 15  cm −2 . Em seguida, medimos PL de V Si na faixa espectral de 800 a 1000 nm sob excitação ideal a 785 nm.  Os espectros de PL à temperatura ambiente na amostra cultivada e medidos após a irradiação são mostrados na Figura   , indicando uma ativação clara de defeitos V Si opticamente ativos sem qualquer tratamento pós-irradiação. Além disso, realizamos experimentos de ressonância magnética detectada opticamente (ODMR) em áreas implantadas ( Informações de Apoio ). A observação do pico ODMR a 70 MHz é uma indicação clara dos defeitos V Si no 4H-SiC. 
2.1 Tempo de armazenamento Está bem estabelecido que a temperatura ideal de recozimento para curar a rede dos danos da irradiação e simultaneamente preservar o V Si está na faixa de 500 - 600°C.  Em temperaturas de recozimento mais altas, os defeitos V Si são rapidamente removidos. Investigamos agora em detalhes a dependência da intensidade PL integrada no tempo de duração do recozimento t para diferentes temperaturas de recozimento T . Para curar o cristal dos danos da irradiação, partimos de baixas temperaturas de recozimento em etapas de 100°C e duração de 90 min em cada etapa. Todos os experimentos de recozimento são realizados em atmosfera Ar. O recozimento leva a um aumento inicial da intensidade do PL em aproximadamente 52%. Quando observamos que o PL começa a cair a 640°C, paramos para aumentar a temperatura e realizamos várias séries de experimentos de recozimento em temperaturas mais baixas, variando o tempo de recozimento. No início de cada série de temperaturas, os valores de temperatura adequados e os tempos de recozimento associados são determinados pelo teste. Na etapa final, realizamos o recozimento a uma temperatura mais elevada de 900°C até o completo desaparecimento do PL e confirmação do decaimento mono-exponencial. Para aumentar a precisão e garantir a repetibilidade da alteração relativa do PL, todas as medições de recozimento são realizadas na mesma amostra e na mesma área. O histórico completo de recozimento da amostra é apresentado nas Informações de Apoio. A tendência geral é que quanto menor a temperatura de recozimento, maior será o tempo de recozimento necessário para observar quaisquer alterações de PL . Notavelmente, mesmo a T = 400°C, uma diminuição muito pequena, mas diferente de zero, na intensidade de PL é detectável durante um longo tempo de recozimento de 6 h.  A temperatura mais alta T = 900°C é escolhida como a última das quatro séries de recozimento, de modo que são necessários tempos de recozimento curtos na faixa de minutos para observar decaimento PL significativo. Finalmente, os experimentos desta série são realizados até que nenhum defeito V Si opticamente ativo seja mais observado. O recozimento a 900°C mostra um decaimento exponencial completo, que pode ser ajustado para exp (− t /τ), como mostrado pela linha sólida na Figura. Para temperaturas de recozimento mais baixas, a variação do PL é pequena e o ajuste é dado pelo primeiro termo do expoente da expansão de Taylor 1 − t /τ. A dependência do tempo de decaimento PL τ com a temperatura é determinada pela energia de ativação E a , de acordo com a lei de Arrhenius  aqui, k B é a constante de Boltzmann. O gráfico de Arrhenius de 1/τ em função da temperatura é apresentado na Figura. A partir do ajuste à Equação, obtemos E a = 860 ± 10 meV. Para efeito de comparação, a energia térmica à temperatura ambiente é de 26 meV. Com o fator de frequência A = 1,6 ± 0,1 Hz, extrapolamos o tempo de decaimento do PL para τ = 1,1 × 10 7  anos à temperatura ambiente T = 22°C e τ = 0,9 × 10 4  anos no ponto de ebulição da água sob pressão padrão T = 100ºC. A extrapolação durante um período tão longo resulta em um erro muito grande. Mas obviamente, o meio de informação baseado nos defeitos V Si no SiC pode preservar a informação ao longo de algumas gerações, ou seja, no mínimo algumas centenas de anos. 2.2 Armazenamento de dados com codificação em escala de cinza A seguir, registramos o texto “E pur si muove - Embora ele se mova” de Galileo Galilei em defeitos V Si opticamente ativos . Para realizar a gravação digital, convertemos este texto para a representação hexadecimal do código ASCII, conforme descrito nas Informações de Apoio. Criamos defeitos V Si usando um microfeixe de prótons focado em um ponto redondo de aproximadamente 1 µm de diâmetro.  Um esquema de codificação de dois bits é usado para cada pixel de implantação. Implantamos 4 × 10 6 prótons para escrever 01 e, correspondentemente, dobramos e triplicamos esse valor para escrever 10 e 11.
A ausência de implantação corresponde a 00. Nenhum recozimento pós-implantação é realizado e os dados podem ser lidos imediatamente após a gravação . Para recuperar o fluxo digital gravado, usamos um microscópio confocal de varredura caseiro, conforme apresentado na Figura  . Os defeitos V Si são excitados com um laser de 785 nm e o PL integrado é medido com um detector de fóton único de silício após filtragem com um filtro passa-longo de 800 nm. A Figura  mostra o V Si PL ao longo de uma das trilhas de dados, onde as diferentes taxas de contagem para os quatro estados lógicos 00, 01, 10 e 11 são claramente vistas. A Figura  mostra as estatísticas da taxa de contagem de PL para todos os pixels. Observamos que a largura total na metade do máximo (FWHM) de 1,6 µm é dada pela convolução do tamanho real do pixel e do tamanho do ponto do laser, sendo ambos de cerca de 1 µm. Notamos também que embora o tamanho do pixel possa ser significativamente reduzido, a resolução espacial do padrão óptico não pode ser significativamente melhorada devido ao limite de difração dado pelo comprimento de onda do laser. Podem ser vistos quatro máximos que identificamos com os quatro estados lógicos. Por fim restauramos o texto “E pur si i uove - Albe Y t it does move”. Dos 294 bits registrados, detectamos apenas dois erros de bits, levando a dois caracteres errados (destacados em negrito). Esses erros são devidos a alguma variação na intensidade do PL e podem ser corrigidos usando bits redundantes como referência para taxas de contagem. [caption id="attachment_87024" align="aligncenter" width="1000"] Armazenamento óptico de dados em SiC usando codificação em escala de cinza. a) Um exemplo de fluxo digital com codificação de dois bits por pixel. A barra de escala é 10 µm. b) Taxa de contagem de fótons do V Si PL registrada ao longo de uma das trilhas de dados. Quatro níveis de taxa de contagem representam os estados lógicos de dois bits 00, 01, 10 e 11. c) Estatísticas da taxa de contagem PL sobre todos os pixels.[/caption] Para aumentar a capacidade de armazenamento, demonstramos a codificação multicamadas conforme apresentado esquematicamente na Figura  . Usamos wafers comerciais de SiC e registramos mapas da Terra em diferentes épocas geológicas. Primeiro, esses mapas são convertidos em imagens em tons de cinza de oito bits (Supporting Information) com distância entre pixels de 80 nm. Os íons He com uma energia de 25 keV são focados em um tamanho de ponto de aproximadamente 1 nm na superfície da amostra em um microscópio de íons de hélio (HIM). Para encontrar as condições ideais de gravação, realizamos uma série de experimentos com diferentes fluências de implantação, conforme descrito nas Informações de Apoio. Descobrimos que a intensidade de V Si PL aumenta quase linearmente até uma fluência de Φ max = 1 × 10 13  cm −2 . Ele satura em 5 × 10 13  cm −2 e depois cai devido ao dano induzido por íons na estrutura cristalina do SiC. A escala de cinza para escrita de feixe de íons focado  é escolhida de forma que o estado lógico máximo de 8 bits seja codificado com Φ max σ HIM . Aqui, σ HIM é a área determinada pelo desvio lateral obtido na simulação SRIM (Stopping and Range of Ions in Matter). Outros estados de bits diminuem linearmente com a fluência de implantação. [caption id="attachment_87023" align="aligncenter" width="633"] Armazenamento óptico de dados em SiC usando codificação multicamada. a) Um esquema do meio de armazenamento óptico com camadas de dados de cerca de 250 nm de espessura, separadas por espaçadores transparentes. b) Varreduras PL confocal em profundidade através de dois pontos. Os pontos são selecionados de forma que a fluência de irradiação seja a mesma na camada dois e diferente na camada um. Devido à absorção insignificante do laser de excitação e do V Si PL no SiC, não há interferência entre as camadas. c) Um mapa da Terra de 240 milhões de anos atrás armazenado/recuperado da camada um. Uma codificação em escala
de cinza de oito bits é usada pela escrita de feixe de íons e uma codificação de três bits é reinstaurada pela leitura óptica. d) Um mapa da Terra hoje armazenado/recuperado da camada dois. A taxa de contagem de fundo de 50k cps causada pelo V Si residual é subtraída em (c, d). A taxa de contagem de 87,5 mil cps corresponde a um nível da codificação em escala de cinza de três bits.[/caption] Depois de escrever mapas individuais da Terra em wafers de SiC separados, eles são empilhados juntos (Figura  3a ). Em seguida, usamos uma configuração confocal para recuperar os mapas armazenados. Varreduras detalhadas através de diferentes pontos são mostradas na Figura  3b . O espaçador transparente nessas varreduras é dado pela espessura do wafer de 250 µm. Considerando a resolução de profundidade de 60 µm juntamente com a distância de trabalho da objetiva de 700 µm, concluímos que até dez camadas podem ser recuperadas sem interferência. Isso se deve ao fraco coeficiente de absorção de SiC nos comprimentos de onda de excitação e V Si PL, que são maiores que 380 nm, correspondendo ao bandgap 4H-SiC. Os mapas recuperados de duas camadas separadas por um espaçador são apresentados nas Figuras  3c e d . Aqui, usamos codificação de 3 bits para reconstruir os mapas. Como a separação de pixels no desenho do projeto é muito menor do que a resolução espacial óptica e a codificação de escrita é mais precisa do que a codificação de leitura, muitos detalhes são calculados em média (Informações de Suporte). Por esta razão, não podemos estimar a precisão da leitura da Figura  3 . Agora estimamos o limite de densidade de armazenamento da nossa gravação 4D. A resolução óptica lateral é dada pelo critério de Rayleigh 1,22λ/NA, onde λ = 785 nm é o comprimento de onda de excitação e NA = 0,81 é a abertura numérica da objetiva. Consideramos então dez camadas e codificação em escala de cinza de três bits para a terceira e quarta dimensões, respectivamente. Finalmente, obtemos uma densidade de armazenamento de 75 Gbit/in2 para dez camadas. 2.3 Leitura de Catodoluminescência O limite de difração do tamanho mínimo do ponto sob excitação óptica é muito maior que a área implantada no HIM. A Figura  4a mostra uma simulação SRIM da distribuição lateral e profunda dos defeitos V Si criados por íons He com energia de 25 keV. A profundidade de penetração dos íons He com esta energia é de cerca de 250 nm. Devido ao espalhamento lateral de íons dentro da camada de SiC, a área implantada tem cerca de σ HIM ≈200 nm de diâmetro. Para aumentar a resolução espacial, propomos usar CL em vez de PL. A Figura  4b mostra o desgarrado de elétrons com energia de 5 keV em SiC, simulado com o software CASINO (monte CARlo SIMulation of electroN path in sOlids). O desvio lateral é de cerca de σ CL ≈ 300 nm. Embora os elétrons com essa energia penetrem no SiC ao longo de vários µm, a simulação da profundidade é limitada a uma profundidade de 250 nm, que é a espessura da camada epitaxial de SiC usada em nossos experimentos de CL. Observamos que a leitura multicamadas não é possível neste caso. [caption id="attachment_87025" align="aligncenter" width="1000"] Armazenamento de dados em SiC com leitura CL. a) Simulação SRIM da criação de V Si com implantação de He com energia de pouso de 25 keV indicando desgarrado longitudinal e lateral. b) Simulação CASINO do espalhamento longitudinal e lateral de elétrons com energia de 5 keV. c) Mapa de intensidade CL do código de barras escrito com HIM. d) Espectro CL das áreas irradiadas e cultivadas. e) Leitura integrada da linha CL através do código de barras armazenado em c). As linhas sólidas são um ajuste multi-gaussiano. A inserção mostra o código de barras armazenado em (c).[/caption] Os espectros CL na faixa de 800 a 1000 nm são mostrados na Figura  4d . Há um sinal CL extremamente baixo em uma amostra cultivada em comparação com PL. A razão para isso é uma concentração cada vez mais baixa de defeitos de V Si nas camadas epitaxiais em comparação com os wafers HPSI usados ​​para PL (Seção Experimental).
Após a implantação de He a uma fluência de 5 × 10 13  cm −2 , o espectro CL tem a mesma posição de pico e largura espectral que o espectro PL da Figura  1b , demonstrando que os elétrons podem de fato excitar eficientemente os defeitos V Si . Em seguida, usamos o HIM para escrever um código de barras representado no encarte da Figura  4e . Este código de barras representa o número 916, correspondente à posição espectral de uma das linhas de fônons zero V Si em 4H-SiC. O código de barras foi criado usando linhas de pixel único com fluência de 70 íons/nm a uma energia de 25 keV usando uma corrente de íons de 0,5 pA. O código de barras recuperado com CL é apresentado na Figura  4c . Para ser espectralmente seletivo à emissão dos defeitos V Si , detectamos sinais de 800 nm (usando filtros passa-longo) a 1000 nm (dado pela sensibilidade espectral do detector de silício). Para analisar a resolução espacial, integramos o sinal ao longo das barras e traçamos a varredura linear através das barras, conforme mostrado na Figura  4e . A partir do ajuste multi-gaussiano, descobrimos que a largura total na metade do máximo (FWHM) das barras mais estreitas é de cerca de 420 nm, o que representa a resolução espacial. Este valor está em boa concordância com a resolução espacial lateral esperada dada pelo He combinado e pelo espalhamento de elétrons. De acordo com a Figura  4a,b , a resolução espacial pode ser significativamente melhorada se a profundidade de criação dos defeitos V Si for limitada a 50 nm. Isto pode ser realizado usando íons He com menor energia em combinação com camadas epitaxiais de SiC mais finas. O espalhamento lateral de íons e elétrons He é limitado, neste caso, a 30 e 40 nm, respectivamente, resultando em uma resolução espacial total de 50 nm. Corresponde à densidade de armazenamento para uma única camada próxima de 300 Gbit/in 2 , que é comparável à densidade de área de registro das fitas magnéticas mas com tempo de armazenamento muito maior e sem necessidade de migração de dados. Observamos que a densidade máxima de defeitos V Si opticamente ativos é 10 16  cm −3 ,  enquanto para concentrações mais altas a presença de canais de recombinação não radiativos devido a danos no cristal induzidos por irradiação suprime a emissão. Para tal densidade de volume, a distância média entre defeitos únicos de V Si é de 46 nm. Portanto, para atingir a densidade de armazenamento de área acima mencionada de 300 Gbit/in 2 , o único bit deve ser armazenado em um único ou em poucos defeitos V Si . A criação de um número único ou contável de defeitos V Si obedece à distribuição de Poisson. Para o valor médio de 1 V Si , a probabilidade de criar defeitos de 0 V Si é de cerca de 36,7% e a fidelidade de escrita correspondente é baixa. Porém, no limite de defeitos únicos ou poucos, a codificação binária é possível, onde o 0 lógico é representado pela ausência do sinal CL e o 1 lógico é representado pelo sinal CL diferente de zero dos defeitos V Si . Particularmente, se o valor médio for igual a 5 V Si , a probabilidade de criar um defeito de 0 V Si é inferior a 0,7%. A fidelidade de escrita correspondente definida estatisticamente estaria acima de 99,3% neste caso. O rendimento de criação de defeitos únicos de V Si usando íons He com uma energia de 6 keV é de 8,5%, o que corresponde em média a 12 íons He necessários para criar um (ou 5) centro (s) V Si . Com base nesses números, a energia mínima necessária para armazenar um único bit é estimada em 10 fJ (ou 50 fJ). Este valor não leva em consideração o consumo de energia necessário para manter a IHM funcionando. O consumo geral de energia aumenta com o número de bits e a velocidade de escrita/leitura, mas não existe tal escalonamento para a operação da HIM. Portanto, no limite de um número muito grande de bits, a energia consumida deve ser determinada pela necessária para escrever o bit individual. A velocidade de gravação alcançável é um critério importante para armazenamento de dados a longo prazo.
É limitado pela fluência necessária para a criação dos defeitos e pela corrente do feixe de íons. No entanto, este último está ligado ao tamanho do spot alcançável e, portanto, não pode ser aumentado indefinidamente. Se assumirmos uma fluência necessária de Φ He = 1,2 × 10 12  cm −2 e uma área de bits de 1000 nm 2 de acordo com os resultados apresentados acima, necessitamos da implantação de ≈12 íons He. No caso da HIM, podemos utilizar altas correntes na faixa de 2 pA, pois a resolução necessária pode ser facilmente alcançada. Nestas condições, a gravação de um único pixel requer apenas 100 ns. Portanto, nossa abordagem tem potencial para atingir uma velocidade de gravação de 10 Mbit/s (ignorando o tempo necessário para direção e atualização do feixe, que é apenas uma pequena correção). Essa velocidade de gravação é mais rápida do que em outras mídias ópticas de armazenamento de dados.  Defeitos opticamente ativos também podem ser alcançados com outros íons. Uma fonte de íons metálicos líquidos permitirá aumentar a corrente para alguns 10 nA. Desde que o tamanho do ponto de 40 nm possa ser mantido, isto resulta, no entanto, em tempos de permanência extremamente curtos, o que exigirá novos supressores de feixe de alta velocidade. Assumindo um supressor tão rápido, capaz de apagar e revelar o feixe em menos de 10 ns , uma corrente de 200 pA é necessária para atingir a fluência necessária Φ Ga . Em tal sistema FIB hipotético, velocidades de gravação de até 100 Mbit/s poderiam ser alcançadas. A velocidade de leitura é diretamente limitada pela taxa de emissão dos defeitos V Si . Para o armazenamento de dados ópticos 4D descrito na Figura   , o potencial limite superior da velocidade de leitura é de cerca de 100 kbit/s. É muito menor se bits únicos forem armazenados em defeitos únicos de V Si , estando na faixa de apenas 1 kbit/s. Alguns outros centros de cores em SiC demonstram PL muito forte, que pode fornecer velocidade de leitura de defeitos únicos superior a 1 Mbit/s.  Alternativamente, a taxa de contagem e, correspondentemente, a velocidade de leitura podem ser significativamente melhoradas coletando PL da face m do cristal de SiC  ou coletando CL de nanocristais de SiC  depositados em uma superfície condutora espelhada. 3 Conclusão Demonstramos armazenamento de dados ultralongo e de alta densidade baseado em defeitos V Si , que são criados por feixes de íons focados. Para recuperar as informações armazenadas, excitamos os defeitos V Si com um laser de 785 nm usado em drives de CD e detectamos seu PL. Em seguida, aplicamos esquemas de codificação em escala de cinza de dois e oito bits com base na intensidade PL para armazenar texto e imagens, respectivamente. As imagens são armazenadas em duas camadas e nossas estimativas mostram que até dez camadas podem ser lidas sem interferência. Neste caso, a densidade de armazenamento projetada está na faixa de dezenas de Gbit/pol 2 , o que é comparável com discos HD DVD e Blu-ray. A extrapolação do tempo de decaimento do PL ativado termicamente aponta para um tempo de armazenamento extremamente longo. Para superar o limite de difração, demonstramos então que CL pode ser usado em vez de PL para ler bits codificados em defeitos V Si opticamente ativos. Para examinar a resolução espacial, que determina a densidade de armazenamento de área, escrevemos um código de barras em 4H-SiC usando HIM e lemos usando CL. Embora a resolução espacial do CL de cerca de 360 ​​nm seja melhor do que no caso do PL, ela é limitada pelo espalhamento de íons e elétrons durante os processos de gravação e leitura, respectivamente. Ao reduzir a espessura da camada de gravação para 50 nm, a resolução espacial pode ser significativamente melhorada, proporcionando o limite teórico da densidade de armazenamento de cerca de 300 Gbit/in 2 . Nossa abordagem não se limita ao SiC e pode ser estendida a outros materiais com defeitos opticamente ativos, incluindo materiais 2D como WS 2  e hBN.  4 Seção Experimental
Amostras As amostras de 4H-SiC foram adquiridas da STMicroelectronics (anteriormente Norstel). Para os experimentos de PL, foi utilizado um wafer 4H-SiC semi-isolante de alta pureza (HPSI). Para os experimentos de CL, foi utilizada uma camada epitaxial de 4H-SiC tipo p (nível de dopagem 1 × 10 17  cm -3 ) com espessura de 250 nm, cultivada em um substrato 4H-SiC tipo n. Um substrato condutor foi necessário para descarregar a amostra quando ela foi exposta ao feixe de elétrons em experimentos de CL. Microscópio Confocal As medições de PL foram realizadas à temperatura ambiente sob condições de vácuo, utilizando um microscópio confocal caseiro. Um laser acoplado a fibra de 785 nm de onda contínua (Thorlabs, LP785-SF20) foi enviado através de um filtro passa-faixa de 785 nm com uma janela de transmissão de 10 nm (AHF Analysentechnik AG, ZET785/10) e focado na amostra usando um objetiva do microscópio com NA = 0,81 otimizada para a faixa espectral NIR. A potência do laser foi controlada usando um atenuador de fibra óptica variável em linha (Thorlabs, VOA780-FC) e ajustada para aproximadamente 6 mW. Utilizando um sistema de nanoposicionamento de circuito fechado (attocube, ANPx311) ancorado ao porta-amostras, foram realizadas varreduras raster PL confocal 2D dos padrões HIM espacialmente seletivos. Para as varreduras PL em profundidade, foi considerado o índice de refração de SiC n SiC = 2,6. A emissão NIR do V Si foi coletada pela mesma objetiva enquanto os resíduos da luz laser foram limpos por um conjunto de dois filtros passa-longa de 800 nm (Thorlabs, FELH0800). O PL foi alimentado em um detector de fóton único de nanofio supercondutor acoplado a fibra de banda larga (Single Quantum) para medições de PL espectralmente integradas ou acoplado a um espectrômetro equipado com um Si-CCD (Andor Technology, iVac 324 FI) para medições de PL seletivas de comprimento de onda . Implantação de feixe de íons focado Os experimentos com feixe de prótons foram realizados nas instalações de irradiação TIARA da QST Takasaki, Japão. O acelerador de partículas de extremidade única de 3 MV foi utilizado para gerar um feixe focalizado estável com tamanho típico de 1 × 1 µm 2 , que foi estimado na estação final por imagens de elétrons secundários em uma malha de cobre. A estação final foi equipada com um estágio de precisão de dois eixos (Canon Precision) e controlou a posição do wafer SiC. A corrente do feixe através do porta-amostras foi monitorada durante a irradiação para registrar flutuações e desvios da corrente e fluência pretendidas, enquanto as correntes precisas do feixe foram avaliadas antes e depois do experimento de irradiação por um copo de Faraday conectado a um picômetro. Toda a irradiação com feixe de íons He foi realizada em um Carl Zeiss Orion NanoFAB. A máquina possui vários complementos, incluindo um supressor rápido capaz do comprimento de pulso ultracurto mencionado acima, que também é usado para TOF-SIMS.  Salvo indicação em contrário, uma pressão de hélio de2×10−6mbar, foi utilizada uma abertura de 10 µm, número de controle de ponto 4 e tensão de aceleração de 25 kV. Para reduzir a irradiação não intencional por átomos de He energéticos neutros, todos os padrões de irradiação foram colocados pelo menos 50 µm (normalmente 100 µm) fora do eixo da coluna óptica de íons. Catodoluminescência O sistema de detecção óptica comercialmente disponível (delmic SPARC) utilizado para as medições de CL foi acoplado a um microscópio eletrônico de varredura (scienta omicron NanoSAM Lab). A amostra foi montada em um sistema de microposicionamento controlado por piezo. O feixe de elétrons foi direcionado através de uma abertura micrométrica do espelho parabólico e focado na superfície da amostra até um tamanho de ponto abaixo de 10 nm. Um sinal CL foi emitido quando o feixe contínuo de elétrons de 5 keV (1 nA) excita V Si no ponto focal do espelho parabólico. A resposta CL foi coletada pelo mesmo espelho parabólico e acoplada a fibra (Thorlabs,
FG300AEA) a um Si-APD (Thorlabs, APD440A) para medições CL espectralmente integradas ou acoplada a um espectrômetro equipado com uma câmera Si-CMOS (Andor Technology , Zyla 5.5 sCMOS) para medições CL seletivas de comprimento de onda. Mapas de intensidade CL 2D foram obtidos escaneando o feixe de elétrons lateralmente através do padrão HIM. Para evitar contribuições de outros defeitos luminescentes na faixa espectral visível, o sinal CL foi filtrado em passagem longa a 830 nm (Semrock, LP02-830RE-25). Todas as medições de CL foram realizadas à temperatura ambiente sob condições de vácuo. Reconhecimentos VD e GVA reconheceram o apoio financeiro do Cluster de Excelência em Complexidade e Topologia em Matéria Quântica de Würzburg-Dresden ct.qmat (EXC 2147, ID de projeto DFG 390858490). TO reconheceu o apoio do MEXT Q-LEAP JPMXS0118067395. M. Ho. obrigado Helmut Schultheiss pela assistência com o Blender na preparação dos esquemas na Figura  1a . GH e LB são membros da Ação COST FIT4NANO CA19140 http://www.fit4nano.eu. HK realizou trabalhos no Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, sob contrato com a Nastional Aeronautics and Space Administration (80NM0018D0004). O apoio do Ion Beam Center (IBC) nas instalações de irradiação HZDR e TIARA da QST Takasaki é reconhecido com gratidão pela implantação iônica. Financiamento de acesso aberto habilitado e organizado pelo Projekt DEAL. Conflito de interesses Os autores declaram não haver conflito de interesses.
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mirandascontalidade · 5 months
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Há uma necessidade urgente de aumentar a capacidade global de armazenamento de dados, uma vez que as abordagens atuais ficam aquém do crescimento exponencial da geração de dados impulsionada pela Internet, pelas redes sociais e pelas tecnologias de nuvem. Além de aumentar a densidade de armazenamento, as novas soluções deverão fornecer arquivamento de dados de longo prazo que vai muito além da tradicional memória magnética, discos ópticos e unidades de estado sólido. Aqui, é proposto um conceito de arquivamento de dados de alta densidade, ultralongo e com eficiência energética, baseado em defeitos de tamanho atômico opticamente ativos em um material resistente à radiação, o carboneto de silício (SiC). A informação é escrita nesses defeitos por feixes de íons focados e lida usando fotoluminescência ou catodoluminescência. A desativação desses defeitos dependente da temperatura sugere um tempo de retenção mínimo ao longo de algumas gerações sob condições ambientais. Com excitação de laser infravermelho próximo, codificação em escala de cinza e armazenamento de dados multicamadas, a densidade de área corresponde à dos discos Blu-ray. Além disso, é demonstrado que a limitação da densidade de área dos meios ópticos convencionais de armazenamento de dados devido à difração da luz pode ser superada pela excitação por feixe de elétrons focalizado. 1 Introdução Em 2012, a quantidade de dados digitais no mundo ultrapassou um Zettabyte (ZB ou 10 21 bytes), indicando o início da Era Zettabyte. Os dados gerados globalmente estão aumentando continuamente e espera-se que sejam superiores a 100 ZB/ano até 2025.  O consumo de energia dos data centers equivale a cerca de 1% da produção global de eletricidade; este número poderá aumentar para 3–13% até 2030.  O tempo de armazenamento limitado exige a migração de dados dentro de vários anos para evitar qualquer perda de dados. Isto aumenta substancialmente o consumo de energia, porque uma quantidade significativa de energia é consumida durante essa migração de dados.  A demanda por redução do consumo de energia, prolongamento do tempo de armazenamento e aumento da capacidade de big data levou a uma melhoria contínua das tecnologias atuais, como mídia magnética, discos ópticos e unidades de estado sólido. A memória magnética é a principal escolha para arquivamento de dados devido à sua grande capacidade de armazenamento. Um protótipo de fita magnética desenvolvido recentemente mostra um desempenho de gravação com uma densidade de armazenamento de área de 317,3 Gbit/in 2 .  O aumento da densidade de armazenamento requer a diminuição do tamanho da partícula magnética. Neste caso, as flutuações térmicas e os processos de difusão tornam-se significativos, resultando numa diminuição do tempo de armazenamento. Isto pode ser superado usando materiais com maior coercividade, o que por sua vez leva a uma maior energia necessária para armazenar um bit magnético. Por outro lado, os discos ópticos podem fornecer um tempo de armazenamento aparentemente ilimitado.  No entanto, o limite de difração restringe o menor bit de gravação à metade do comprimento de onda da luz, o que por sua vez limita a capacidade máxima de armazenamento. Usando gravação óptica multidimensional (isto é, múltiplas camadas dentro do meio, domínio espectral, codificação em escala de cinza, etc.), a capacidade de armazenamento por volume pode ser aumentada drasticamente.  Nos conceitos demonstrados, o registro óptico multidimensional é baseado na modificação do material utilizando pulsos de laser ultracurtos.  A energia necessária para escrever um único bit nessas abordagens está acima de 100 nJ/bit. Este valor é muitas ordens de magnitude maior do que para unidades de disco magnético e unidades de estado sólido, que está na faixa de 1 pJ/bit e 100 fJ/bit, respectivamente. Esses valores podem ser melhorados ainda mais reduzindo a carga de calor.  Por outro lado, o armazenamento óptico de dados não precisa ser atualizado e, portanto, não consome energia no estado ocioso.
No caso de arquivamento de dados a longo prazo, existe um compromisso entre a energia necessária para escrever um único bit e o tempo de vida do armazenamento.  Outras abordagens para armazenamento de dados de ultra-alta densidade estão em desenvolvimento. Particularmente, o armazenamento digital de dados DNA fornece a maior densidade de armazenamento por volume. Em uma abordagem alternativa, as memórias de tamanho atômico têm a maior densidade de armazenamento de área.  No entanto, os horários para escrever e ler nestes dois casos são atualmente impraticáveis. Particularmente, a velocidade de gravação está entre 0,8 e 0,07 bit/s no caso de memória de tamanho atômico. Os centros de cores no estado sólido constituem um tipo alternativo de armazenamento em escala atômica. De facto, foi demonstrado o armazenamento de dados utilizando os centros de vacância de azoto (NV) no diamante. A codificação de bits é realizada usando controle de estado de carga com luz laser e a leitura é realizada via fotoluminescência (PL). No entanto, os padrões de bits são armazenados nos centros NV por apenas mais de uma semana no escuro, o que não é suficiente para uso prático. Aqui, propomos um conceito de armazenamento de dados WORM (write once read many) de longo prazo baseado em carboneto de silício (SiC), conforme mostrado esquematicamente na Figura . O SiC hospeda centros de cores em escala atômica, especialmente a vacância de silício (VSi ) , ou seja, a ausência de átomo de silício no sítio da rede. Possui uma ampla banda PL à temperatura ambiente na faixa espectral do infravermelho próximo (NIR). Os defeitos V Si são criados por um feixe focado de prótons ou íons de hélio, proporcionando alta resolução espacial, rápida velocidade de gravação e baixa energia para armazenar um único bit. O limite de difração da densidade de armazenamento inerente à mídia óptica é superado pelos esquemas de codificação 4D. Nestes esquemas, as três dimensões espaciais e a quarta dimensão de intensidade adicional (codificação em escala de cinza) são realizadas controlando a posição lateral e a profundidade, bem como o número de defeitos V Si através da energia iônica e da fluência, respectivamente. Um microscópio confocal de varredura PL é usado para ler opticamente os dados armazenados. Alternativamente, o uso de catodoluminescência (CL) em vez de PL pode melhorar drasticamente a densidade de armazenamento de área. [caption id="attachment_87019" align="aligncenter" width="633"] Um conceito de armazenamento óptico de dados de longo prazo em SiC. a) A informação é escrita em defeitos atômicos opticamente ativos por um feixe de íons focado e lida usando o defeito PL ou CL. O comprimento de onda de excitação é 785 nm. b) Espectro PL típico em HPSI SiC cultivado e após irradiação iônica. c) O decaimento da intensidade de V Si PL em diferentes temperaturas. As linhas sólidas são adequadas para exp (− t /τ) e as linhas tracejadas representam extrapolação para um tempo de recozimento mais longo t . d) Gráfico de Arrhenius da taxa de decaimento PL 1/τ. A área sombreada ao redor da linha sólida representa a tolerância dos valores extrapolados. À temperatura ambiente, as informações em V Si podem ser armazenadas por mais de dez milhões de anos.[/caption] 2 Resultados e Discussão Para nossos estudos, utilizamos wafers comerciais de 4H-SiC. Para criar vagas atômicas, realizamos irradiação de prótons com fluência de 1 × 10 15  cm −2 . Em seguida, medimos PL de V Si na faixa espectral de 800 a 1000 nm sob excitação ideal a 785 nm.  Os espectros de PL à temperatura ambiente na amostra cultivada e medidos após a irradiação são mostrados na Figura   , indicando uma ativação clara de defeitos V Si opticamente ativos sem qualquer tratamento pós-irradiação. Além disso, realizamos experimentos de ressonância magnética detectada opticamente (ODMR) em áreas implantadas ( Informações de Apoio ). A observação do pico ODMR a 70 MHz é uma indicação clara dos defeitos V Si no 4H-SiC. 
2.1 Tempo de armazenamento Está bem estabelecido que a temperatura ideal de recozimento para curar a rede dos danos da irradiação e simultaneamente preservar o V Si está na faixa de 500 - 600°C.  Em temperaturas de recozimento mais altas, os defeitos V Si são rapidamente removidos. Investigamos agora em detalhes a dependência da intensidade PL integrada no tempo de duração do recozimento t para diferentes temperaturas de recozimento T . Para curar o cristal dos danos da irradiação, partimos de baixas temperaturas de recozimento em etapas de 100°C e duração de 90 min em cada etapa. Todos os experimentos de recozimento são realizados em atmosfera Ar. O recozimento leva a um aumento inicial da intensidade do PL em aproximadamente 52%. Quando observamos que o PL começa a cair a 640°C, paramos para aumentar a temperatura e realizamos várias séries de experimentos de recozimento em temperaturas mais baixas, variando o tempo de recozimento. No início de cada série de temperaturas, os valores de temperatura adequados e os tempos de recozimento associados são determinados pelo teste. Na etapa final, realizamos o recozimento a uma temperatura mais elevada de 900°C até o completo desaparecimento do PL e confirmação do decaimento mono-exponencial. Para aumentar a precisão e garantir a repetibilidade da alteração relativa do PL, todas as medições de recozimento são realizadas na mesma amostra e na mesma área. O histórico completo de recozimento da amostra é apresentado nas Informações de Apoio. A tendência geral é que quanto menor a temperatura de recozimento, maior será o tempo de recozimento necessário para observar quaisquer alterações de PL . Notavelmente, mesmo a T = 400°C, uma diminuição muito pequena, mas diferente de zero, na intensidade de PL é detectável durante um longo tempo de recozimento de 6 h.  A temperatura mais alta T = 900°C é escolhida como a última das quatro séries de recozimento, de modo que são necessários tempos de recozimento curtos na faixa de minutos para observar decaimento PL significativo. Finalmente, os experimentos desta série são realizados até que nenhum defeito V Si opticamente ativo seja mais observado. O recozimento a 900°C mostra um decaimento exponencial completo, que pode ser ajustado para exp (− t /τ), como mostrado pela linha sólida na Figura. Para temperaturas de recozimento mais baixas, a variação do PL é pequena e o ajuste é dado pelo primeiro termo do expoente da expansão de Taylor 1 − t /τ. A dependência do tempo de decaimento PL τ com a temperatura é determinada pela energia de ativação E a , de acordo com a lei de Arrhenius  aqui, k B é a constante de Boltzmann. O gráfico de Arrhenius de 1/τ em função da temperatura é apresentado na Figura. A partir do ajuste à Equação, obtemos E a = 860 ± 10 meV. Para efeito de comparação, a energia térmica à temperatura ambiente é de 26 meV. Com o fator de frequência A = 1,6 ± 0,1 Hz, extrapolamos o tempo de decaimento do PL para τ = 1,1 × 10 7  anos à temperatura ambiente T = 22°C e τ = 0,9 × 10 4  anos no ponto de ebulição da água sob pressão padrão T = 100ºC. A extrapolação durante um período tão longo resulta em um erro muito grande. Mas obviamente, o meio de informação baseado nos defeitos V Si no SiC pode preservar a informação ao longo de algumas gerações, ou seja, no mínimo algumas centenas de anos. 2.2 Armazenamento de dados com codificação em escala de cinza A seguir, registramos o texto “E pur si muove - Embora ele se mova” de Galileo Galilei em defeitos V Si opticamente ativos . Para realizar a gravação digital, convertemos este texto para a representação hexadecimal do código ASCII, conforme descrito nas Informações de Apoio. Criamos defeitos V Si usando um microfeixe de prótons focado em um ponto redondo de aproximadamente 1 µm de diâmetro.  Um esquema de codificação de dois bits é usado para cada pixel de implantação. Implantamos 4 × 10 6 prótons para escrever 01 e, correspondentemente, dobramos e triplicamos esse valor para escrever 10 e 11.
A ausência de implantação corresponde a 00. Nenhum recozimento pós-implantação é realizado e os dados podem ser lidos imediatamente após a gravação . Para recuperar o fluxo digital gravado, usamos um microscópio confocal de varredura caseiro, conforme apresentado na Figura  . Os defeitos V Si são excitados com um laser de 785 nm e o PL integrado é medido com um detector de fóton único de silício após filtragem com um filtro passa-longo de 800 nm. A Figura  mostra o V Si PL ao longo de uma das trilhas de dados, onde as diferentes taxas de contagem para os quatro estados lógicos 00, 01, 10 e 11 são claramente vistas. A Figura  mostra as estatísticas da taxa de contagem de PL para todos os pixels. Observamos que a largura total na metade do máximo (FWHM) de 1,6 µm é dada pela convolução do tamanho real do pixel e do tamanho do ponto do laser, sendo ambos de cerca de 1 µm. Notamos também que embora o tamanho do pixel possa ser significativamente reduzido, a resolução espacial do padrão óptico não pode ser significativamente melhorada devido ao limite de difração dado pelo comprimento de onda do laser. Podem ser vistos quatro máximos que identificamos com os quatro estados lógicos. Por fim restauramos o texto “E pur si i uove - Albe Y t it does move”. Dos 294 bits registrados, detectamos apenas dois erros de bits, levando a dois caracteres errados (destacados em negrito). Esses erros são devidos a alguma variação na intensidade do PL e podem ser corrigidos usando bits redundantes como referência para taxas de contagem. [caption id="attachment_87024" align="aligncenter" width="1000"] Armazenamento óptico de dados em SiC usando codificação em escala de cinza. a) Um exemplo de fluxo digital com codificação de dois bits por pixel. A barra de escala é 10 µm. b) Taxa de contagem de fótons do V Si PL registrada ao longo de uma das trilhas de dados. Quatro níveis de taxa de contagem representam os estados lógicos de dois bits 00, 01, 10 e 11. c) Estatísticas da taxa de contagem PL sobre todos os pixels.[/caption] Para aumentar a capacidade de armazenamento, demonstramos a codificação multicamadas conforme apresentado esquematicamente na Figura  . Usamos wafers comerciais de SiC e registramos mapas da Terra em diferentes épocas geológicas. Primeiro, esses mapas são convertidos em imagens em tons de cinza de oito bits (Supporting Information) com distância entre pixels de 80 nm. Os íons He com uma energia de 25 keV são focados em um tamanho de ponto de aproximadamente 1 nm na superfície da amostra em um microscópio de íons de hélio (HIM). Para encontrar as condições ideais de gravação, realizamos uma série de experimentos com diferentes fluências de implantação, conforme descrito nas Informações de Apoio. Descobrimos que a intensidade de V Si PL aumenta quase linearmente até uma fluência de Φ max = 1 × 10 13  cm −2 . Ele satura em 5 × 10 13  cm −2 e depois cai devido ao dano induzido por íons na estrutura cristalina do SiC. A escala de cinza para escrita de feixe de íons focado  é escolhida de forma que o estado lógico máximo de 8 bits seja codificado com Φ max σ HIM . Aqui, σ HIM é a área determinada pelo desvio lateral obtido na simulação SRIM (Stopping and Range of Ions in Matter). Outros estados de bits diminuem linearmente com a fluência de implantação. [caption id="attachment_87023" align="aligncenter" width="633"] Armazenamento óptico de dados em SiC usando codificação multicamada. a) Um esquema do meio de armazenamento óptico com camadas de dados de cerca de 250 nm de espessura, separadas por espaçadores transparentes. b) Varreduras PL confocal em profundidade através de dois pontos. Os pontos são selecionados de forma que a fluência de irradiação seja a mesma na camada dois e diferente na camada um. Devido à absorção insignificante do laser de excitação e do V Si PL no SiC, não há interferência entre as camadas. c) Um mapa da Terra de 240 milhões de anos atrás armazenado/recuperado da camada um. Uma codificação em escala
de cinza de oito bits é usada pela escrita de feixe de íons e uma codificação de três bits é reinstaurada pela leitura óptica. d) Um mapa da Terra hoje armazenado/recuperado da camada dois. A taxa de contagem de fundo de 50k cps causada pelo V Si residual é subtraída em (c, d). A taxa de contagem de 87,5 mil cps corresponde a um nível da codificação em escala de cinza de três bits.[/caption] Depois de escrever mapas individuais da Terra em wafers de SiC separados, eles são empilhados juntos (Figura  3a ). Em seguida, usamos uma configuração confocal para recuperar os mapas armazenados. Varreduras detalhadas através de diferentes pontos são mostradas na Figura  3b . O espaçador transparente nessas varreduras é dado pela espessura do wafer de 250 µm. Considerando a resolução de profundidade de 60 µm juntamente com a distância de trabalho da objetiva de 700 µm, concluímos que até dez camadas podem ser recuperadas sem interferência. Isso se deve ao fraco coeficiente de absorção de SiC nos comprimentos de onda de excitação e V Si PL, que são maiores que 380 nm, correspondendo ao bandgap 4H-SiC. Os mapas recuperados de duas camadas separadas por um espaçador são apresentados nas Figuras  3c e d . Aqui, usamos codificação de 3 bits para reconstruir os mapas. Como a separação de pixels no desenho do projeto é muito menor do que a resolução espacial óptica e a codificação de escrita é mais precisa do que a codificação de leitura, muitos detalhes são calculados em média (Informações de Suporte). Por esta razão, não podemos estimar a precisão da leitura da Figura  3 . Agora estimamos o limite de densidade de armazenamento da nossa gravação 4D. A resolução óptica lateral é dada pelo critério de Rayleigh 1,22λ/NA, onde λ = 785 nm é o comprimento de onda de excitação e NA = 0,81 é a abertura numérica da objetiva. Consideramos então dez camadas e codificação em escala de cinza de três bits para a terceira e quarta dimensões, respectivamente. Finalmente, obtemos uma densidade de armazenamento de 75 Gbit/in2 para dez camadas. 2.3 Leitura de Catodoluminescência O limite de difração do tamanho mínimo do ponto sob excitação óptica é muito maior que a área implantada no HIM. A Figura  4a mostra uma simulação SRIM da distribuição lateral e profunda dos defeitos V Si criados por íons He com energia de 25 keV. A profundidade de penetração dos íons He com esta energia é de cerca de 250 nm. Devido ao espalhamento lateral de íons dentro da camada de SiC, a área implantada tem cerca de σ HIM ≈200 nm de diâmetro. Para aumentar a resolução espacial, propomos usar CL em vez de PL. A Figura  4b mostra o desgarrado de elétrons com energia de 5 keV em SiC, simulado com o software CASINO (monte CARlo SIMulation of electroN path in sOlids). O desvio lateral é de cerca de σ CL ≈ 300 nm. Embora os elétrons com essa energia penetrem no SiC ao longo de vários µm, a simulação da profundidade é limitada a uma profundidade de 250 nm, que é a espessura da camada epitaxial de SiC usada em nossos experimentos de CL. Observamos que a leitura multicamadas não é possível neste caso. [caption id="attachment_87025" align="aligncenter" width="1000"] Armazenamento de dados em SiC com leitura CL. a) Simulação SRIM da criação de V Si com implantação de He com energia de pouso de 25 keV indicando desgarrado longitudinal e lateral. b) Simulação CASINO do espalhamento longitudinal e lateral de elétrons com energia de 5 keV. c) Mapa de intensidade CL do código de barras escrito com HIM. d) Espectro CL das áreas irradiadas e cultivadas. e) Leitura integrada da linha CL através do código de barras armazenado em c). As linhas sólidas são um ajuste multi-gaussiano. A inserção mostra o código de barras armazenado em (c).[/caption] Os espectros CL na faixa de 800 a 1000 nm são mostrados na Figura  4d . Há um sinal CL extremamente baixo em uma amostra cultivada em comparação com PL. A razão para isso é uma concentração cada vez mais baixa de defeitos de V Si nas camadas epitaxiais em comparação com os wafers HPSI usados ​​para PL (Seção Experimental).
Após a implantação de He a uma fluência de 5 × 10 13  cm −2 , o espectro CL tem a mesma posição de pico e largura espectral que o espectro PL da Figura  1b , demonstrando que os elétrons podem de fato excitar eficientemente os defeitos V Si . Em seguida, usamos o HIM para escrever um código de barras representado no encarte da Figura  4e . Este código de barras representa o número 916, correspondente à posição espectral de uma das linhas de fônons zero V Si em 4H-SiC. O código de barras foi criado usando linhas de pixel único com fluência de 70 íons/nm a uma energia de 25 keV usando uma corrente de íons de 0,5 pA. O código de barras recuperado com CL é apresentado na Figura  4c . Para ser espectralmente seletivo à emissão dos defeitos V Si , detectamos sinais de 800 nm (usando filtros passa-longo) a 1000 nm (dado pela sensibilidade espectral do detector de silício). Para analisar a resolução espacial, integramos o sinal ao longo das barras e traçamos a varredura linear através das barras, conforme mostrado na Figura  4e . A partir do ajuste multi-gaussiano, descobrimos que a largura total na metade do máximo (FWHM) das barras mais estreitas é de cerca de 420 nm, o que representa a resolução espacial. Este valor está em boa concordância com a resolução espacial lateral esperada dada pelo He combinado e pelo espalhamento de elétrons. De acordo com a Figura  4a,b , a resolução espacial pode ser significativamente melhorada se a profundidade de criação dos defeitos V Si for limitada a 50 nm. Isto pode ser realizado usando íons He com menor energia em combinação com camadas epitaxiais de SiC mais finas. O espalhamento lateral de íons e elétrons He é limitado, neste caso, a 30 e 40 nm, respectivamente, resultando em uma resolução espacial total de 50 nm. Corresponde à densidade de armazenamento para uma única camada próxima de 300 Gbit/in 2 , que é comparável à densidade de área de registro das fitas magnéticas mas com tempo de armazenamento muito maior e sem necessidade de migração de dados. Observamos que a densidade máxima de defeitos V Si opticamente ativos é 10 16  cm −3 ,  enquanto para concentrações mais altas a presença de canais de recombinação não radiativos devido a danos no cristal induzidos por irradiação suprime a emissão. Para tal densidade de volume, a distância média entre defeitos únicos de V Si é de 46 nm. Portanto, para atingir a densidade de armazenamento de área acima mencionada de 300 Gbit/in 2 , o único bit deve ser armazenado em um único ou em poucos defeitos V Si . A criação de um número único ou contável de defeitos V Si obedece à distribuição de Poisson. Para o valor médio de 1 V Si , a probabilidade de criar defeitos de 0 V Si é de cerca de 36,7% e a fidelidade de escrita correspondente é baixa. Porém, no limite de defeitos únicos ou poucos, a codificação binária é possível, onde o 0 lógico é representado pela ausência do sinal CL e o 1 lógico é representado pelo sinal CL diferente de zero dos defeitos V Si . Particularmente, se o valor médio for igual a 5 V Si , a probabilidade de criar um defeito de 0 V Si é inferior a 0,7%. A fidelidade de escrita correspondente definida estatisticamente estaria acima de 99,3% neste caso. O rendimento de criação de defeitos únicos de V Si usando íons He com uma energia de 6 keV é de 8,5%, o que corresponde em média a 12 íons He necessários para criar um (ou 5) centro (s) V Si . Com base nesses números, a energia mínima necessária para armazenar um único bit é estimada em 10 fJ (ou 50 fJ). Este valor não leva em consideração o consumo de energia necessário para manter a IHM funcionando. O consumo geral de energia aumenta com o número de bits e a velocidade de escrita/leitura, mas não existe tal escalonamento para a operação da HIM. Portanto, no limite de um número muito grande de bits, a energia consumida deve ser determinada pela necessária para escrever o bit individual. A velocidade de gravação alcançável é um critério importante para armazenamento de dados a longo prazo.
É limitado pela fluência necessária para a criação dos defeitos e pela corrente do feixe de íons. No entanto, este último está ligado ao tamanho do spot alcançável e, portanto, não pode ser aumentado indefinidamente. Se assumirmos uma fluência necessária de Φ He = 1,2 × 10 12  cm −2 e uma área de bits de 1000 nm 2 de acordo com os resultados apresentados acima, necessitamos da implantação de ≈12 íons He. No caso da HIM, podemos utilizar altas correntes na faixa de 2 pA, pois a resolução necessária pode ser facilmente alcançada. Nestas condições, a gravação de um único pixel requer apenas 100 ns. Portanto, nossa abordagem tem potencial para atingir uma velocidade de gravação de 10 Mbit/s (ignorando o tempo necessário para direção e atualização do feixe, que é apenas uma pequena correção). Essa velocidade de gravação é mais rápida do que em outras mídias ópticas de armazenamento de dados.  Defeitos opticamente ativos também podem ser alcançados com outros íons. Uma fonte de íons metálicos líquidos permitirá aumentar a corrente para alguns 10 nA. Desde que o tamanho do ponto de 40 nm possa ser mantido, isto resulta, no entanto, em tempos de permanência extremamente curtos, o que exigirá novos supressores de feixe de alta velocidade. Assumindo um supressor tão rápido, capaz de apagar e revelar o feixe em menos de 10 ns , uma corrente de 200 pA é necessária para atingir a fluência necessária Φ Ga . Em tal sistema FIB hipotético, velocidades de gravação de até 100 Mbit/s poderiam ser alcançadas. A velocidade de leitura é diretamente limitada pela taxa de emissão dos defeitos V Si . Para o armazenamento de dados ópticos 4D descrito na Figura   , o potencial limite superior da velocidade de leitura é de cerca de 100 kbit/s. É muito menor se bits únicos forem armazenados em defeitos únicos de V Si , estando na faixa de apenas 1 kbit/s. Alguns outros centros de cores em SiC demonstram PL muito forte, que pode fornecer velocidade de leitura de defeitos únicos superior a 1 Mbit/s.  Alternativamente, a taxa de contagem e, correspondentemente, a velocidade de leitura podem ser significativamente melhoradas coletando PL da face m do cristal de SiC  ou coletando CL de nanocristais de SiC  depositados em uma superfície condutora espelhada. 3 Conclusão Demonstramos armazenamento de dados ultralongo e de alta densidade baseado em defeitos V Si , que são criados por feixes de íons focados. Para recuperar as informações armazenadas, excitamos os defeitos V Si com um laser de 785 nm usado em drives de CD e detectamos seu PL. Em seguida, aplicamos esquemas de codificação em escala de cinza de dois e oito bits com base na intensidade PL para armazenar texto e imagens, respectivamente. As imagens são armazenadas em duas camadas e nossas estimativas mostram que até dez camadas podem ser lidas sem interferência. Neste caso, a densidade de armazenamento projetada está na faixa de dezenas de Gbit/pol 2 , o que é comparável com discos HD DVD e Blu-ray. A extrapolação do tempo de decaimento do PL ativado termicamente aponta para um tempo de armazenamento extremamente longo. Para superar o limite de difração, demonstramos então que CL pode ser usado em vez de PL para ler bits codificados em defeitos V Si opticamente ativos. Para examinar a resolução espacial, que determina a densidade de armazenamento de área, escrevemos um código de barras em 4H-SiC usando HIM e lemos usando CL. Embora a resolução espacial do CL de cerca de 360 ​​nm seja melhor do que no caso do PL, ela é limitada pelo espalhamento de íons e elétrons durante os processos de gravação e leitura, respectivamente. Ao reduzir a espessura da camada de gravação para 50 nm, a resolução espacial pode ser significativamente melhorada, proporcionando o limite teórico da densidade de armazenamento de cerca de 300 Gbit/in 2 . Nossa abordagem não se limita ao SiC e pode ser estendida a outros materiais com defeitos opticamente ativos, incluindo materiais 2D como WS 2  e hBN.  4 Seção Experimental
Amostras As amostras de 4H-SiC foram adquiridas da STMicroelectronics (anteriormente Norstel). Para os experimentos de PL, foi utilizado um wafer 4H-SiC semi-isolante de alta pureza (HPSI). Para os experimentos de CL, foi utilizada uma camada epitaxial de 4H-SiC tipo p (nível de dopagem 1 × 10 17  cm -3 ) com espessura de 250 nm, cultivada em um substrato 4H-SiC tipo n. Um substrato condutor foi necessário para descarregar a amostra quando ela foi exposta ao feixe de elétrons em experimentos de CL. Microscópio Confocal As medições de PL foram realizadas à temperatura ambiente sob condições de vácuo, utilizando um microscópio confocal caseiro. Um laser acoplado a fibra de 785 nm de onda contínua (Thorlabs, LP785-SF20) foi enviado através de um filtro passa-faixa de 785 nm com uma janela de transmissão de 10 nm (AHF Analysentechnik AG, ZET785/10) e focado na amostra usando um objetiva do microscópio com NA = 0,81 otimizada para a faixa espectral NIR. A potência do laser foi controlada usando um atenuador de fibra óptica variável em linha (Thorlabs, VOA780-FC) e ajustada para aproximadamente 6 mW. Utilizando um sistema de nanoposicionamento de circuito fechado (attocube, ANPx311) ancorado ao porta-amostras, foram realizadas varreduras raster PL confocal 2D dos padrões HIM espacialmente seletivos. Para as varreduras PL em profundidade, foi considerado o índice de refração de SiC n SiC = 2,6. A emissão NIR do V Si foi coletada pela mesma objetiva enquanto os resíduos da luz laser foram limpos por um conjunto de dois filtros passa-longa de 800 nm (Thorlabs, FELH0800). O PL foi alimentado em um detector de fóton único de nanofio supercondutor acoplado a fibra de banda larga (Single Quantum) para medições de PL espectralmente integradas ou acoplado a um espectrômetro equipado com um Si-CCD (Andor Technology, iVac 324 FI) para medições de PL seletivas de comprimento de onda . Implantação de feixe de íons focado Os experimentos com feixe de prótons foram realizados nas instalações de irradiação TIARA da QST Takasaki, Japão. O acelerador de partículas de extremidade única de 3 MV foi utilizado para gerar um feixe focalizado estável com tamanho típico de 1 × 1 µm 2 , que foi estimado na estação final por imagens de elétrons secundários em uma malha de cobre. A estação final foi equipada com um estágio de precisão de dois eixos (Canon Precision) e controlou a posição do wafer SiC. A corrente do feixe através do porta-amostras foi monitorada durante a irradiação para registrar flutuações e desvios da corrente e fluência pretendidas, enquanto as correntes precisas do feixe foram avaliadas antes e depois do experimento de irradiação por um copo de Faraday conectado a um picômetro. Toda a irradiação com feixe de íons He foi realizada em um Carl Zeiss Orion NanoFAB. A máquina possui vários complementos, incluindo um supressor rápido capaz do comprimento de pulso ultracurto mencionado acima, que também é usado para TOF-SIMS.  Salvo indicação em contrário, uma pressão de hélio de2×10−6mbar, foi utilizada uma abertura de 10 µm, número de controle de ponto 4 e tensão de aceleração de 25 kV. Para reduzir a irradiação não intencional por átomos de He energéticos neutros, todos os padrões de irradiação foram colocados pelo menos 50 µm (normalmente 100 µm) fora do eixo da coluna óptica de íons. Catodoluminescência O sistema de detecção óptica comercialmente disponível (delmic SPARC) utilizado para as medições de CL foi acoplado a um microscópio eletrônico de varredura (scienta omicron NanoSAM Lab). A amostra foi montada em um sistema de microposicionamento controlado por piezo. O feixe de elétrons foi direcionado através de uma abertura micrométrica do espelho parabólico e focado na superfície da amostra até um tamanho de ponto abaixo de 10 nm. Um sinal CL foi emitido quando o feixe contínuo de elétrons de 5 keV (1 nA) excita V Si no ponto focal do espelho parabólico. A resposta CL foi coletada pelo mesmo espelho parabólico e acoplada a fibra (Thorlabs,
FG300AEA) a um Si-APD (Thorlabs, APD440A) para medições CL espectralmente integradas ou acoplada a um espectrômetro equipado com uma câmera Si-CMOS (Andor Technology , Zyla 5.5 sCMOS) para medições CL seletivas de comprimento de onda. Mapas de intensidade CL 2D foram obtidos escaneando o feixe de elétrons lateralmente através do padrão HIM. Para evitar contribuições de outros defeitos luminescentes na faixa espectral visível, o sinal CL foi filtrado em passagem longa a 830 nm (Semrock, LP02-830RE-25). Todas as medições de CL foram realizadas à temperatura ambiente sob condições de vácuo. Reconhecimentos VD e GVA reconheceram o apoio financeiro do Cluster de Excelência em Complexidade e Topologia em Matéria Quântica de Würzburg-Dresden ct.qmat (EXC 2147, ID de projeto DFG 390858490). TO reconheceu o apoio do MEXT Q-LEAP JPMXS0118067395. M. Ho. obrigado Helmut Schultheiss pela assistência com o Blender na preparação dos esquemas na Figura  1a . GH e LB são membros da Ação COST FIT4NANO CA19140 http://www.fit4nano.eu. HK realizou trabalhos no Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, sob contrato com a Nastional Aeronautics and Space Administration (80NM0018D0004). O apoio do Ion Beam Center (IBC) nas instalações de irradiação HZDR e TIARA da QST Takasaki é reconhecido com gratidão pela implantação iônica. Financiamento de acesso aberto habilitado e organizado pelo Projekt DEAL. Conflito de interesses Os autores declaram não haver conflito de interesses.
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internacoesvidanova · 5 months
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Há uma necessidade urgente de aumentar a capacidade global de armazenamento de dados, uma vez que as abordagens atuais ficam aquém do crescimento exponencial da geração de dados impulsionada pela Internet, pelas redes sociais e pelas tecnologias de nuvem. Além de aumentar a densidade de armazenamento, as novas soluções deverão fornecer arquivamento de dados de longo prazo que vai muito além da tradicional memória magnética, discos ópticos e unidades de estado sólido. Aqui, é proposto um conceito de arquivamento de dados de alta densidade, ultralongo e com eficiência energética, baseado em defeitos de tamanho atômico opticamente ativos em um material resistente à radiação, o carboneto de silício (SiC). A informação é escrita nesses defeitos por feixes de íons focados e lida usando fotoluminescência ou catodoluminescência. A desativação desses defeitos dependente da temperatura sugere um tempo de retenção mínimo ao longo de algumas gerações sob condições ambientais. Com excitação de laser infravermelho próximo, codificação em escala de cinza e armazenamento de dados multicamadas, a densidade de área corresponde à dos discos Blu-ray. Além disso, é demonstrado que a limitação da densidade de área dos meios ópticos convencionais de armazenamento de dados devido à difração da luz pode ser superada pela excitação por feixe de elétrons focalizado. 1 Introdução Em 2012, a quantidade de dados digitais no mundo ultrapassou um Zettabyte (ZB ou 10 21 bytes), indicando o início da Era Zettabyte. Os dados gerados globalmente estão aumentando continuamente e espera-se que sejam superiores a 100 ZB/ano até 2025.  O consumo de energia dos data centers equivale a cerca de 1% da produção global de eletricidade; este número poderá aumentar para 3–13% até 2030.  O tempo de armazenamento limitado exige a migração de dados dentro de vários anos para evitar qualquer perda de dados. Isto aumenta substancialmente o consumo de energia, porque uma quantidade significativa de energia é consumida durante essa migração de dados.  A demanda por redução do consumo de energia, prolongamento do tempo de armazenamento e aumento da capacidade de big data levou a uma melhoria contínua das tecnologias atuais, como mídia magnética, discos ópticos e unidades de estado sólido. A memória magnética é a principal escolha para arquivamento de dados devido à sua grande capacidade de armazenamento. Um protótipo de fita magnética desenvolvido recentemente mostra um desempenho de gravação com uma densidade de armazenamento de área de 317,3 Gbit/in 2 .  O aumento da densidade de armazenamento requer a diminuição do tamanho da partícula magnética. Neste caso, as flutuações térmicas e os processos de difusão tornam-se significativos, resultando numa diminuição do tempo de armazenamento. Isto pode ser superado usando materiais com maior coercividade, o que por sua vez leva a uma maior energia necessária para armazenar um bit magnético. Por outro lado, os discos ópticos podem fornecer um tempo de armazenamento aparentemente ilimitado.  No entanto, o limite de difração restringe o menor bit de gravação à metade do comprimento de onda da luz, o que por sua vez limita a capacidade máxima de armazenamento. Usando gravação óptica multidimensional (isto é, múltiplas camadas dentro do meio, domínio espectral, codificação em escala de cinza, etc.), a capacidade de armazenamento por volume pode ser aumentada drasticamente.  Nos conceitos demonstrados, o registro óptico multidimensional é baseado na modificação do material utilizando pulsos de laser ultracurtos.  A energia necessária para escrever um único bit nessas abordagens está acima de 100 nJ/bit. Este valor é muitas ordens de magnitude maior do que para unidades de disco magnético e unidades de estado sólido, que está na faixa de 1 pJ/bit e 100 fJ/bit, respectivamente. Esses valores podem ser melhorados ainda mais reduzindo a carga de calor.  Por outro lado, o armazenamento óptico de dados não precisa ser atualizado e, portanto, não consome energia no estado ocioso.
No caso de arquivamento de dados a longo prazo, existe um compromisso entre a energia necessária para escrever um único bit e o tempo de vida do armazenamento.  Outras abordagens para armazenamento de dados de ultra-alta densidade estão em desenvolvimento. Particularmente, o armazenamento digital de dados DNA fornece a maior densidade de armazenamento por volume. Em uma abordagem alternativa, as memórias de tamanho atômico têm a maior densidade de armazenamento de área.  No entanto, os horários para escrever e ler nestes dois casos são atualmente impraticáveis. Particularmente, a velocidade de gravação está entre 0,8 e 0,07 bit/s no caso de memória de tamanho atômico. Os centros de cores no estado sólido constituem um tipo alternativo de armazenamento em escala atômica. De facto, foi demonstrado o armazenamento de dados utilizando os centros de vacância de azoto (NV) no diamante. A codificação de bits é realizada usando controle de estado de carga com luz laser e a leitura é realizada via fotoluminescência (PL). No entanto, os padrões de bits são armazenados nos centros NV por apenas mais de uma semana no escuro, o que não é suficiente para uso prático. Aqui, propomos um conceito de armazenamento de dados WORM (write once read many) de longo prazo baseado em carboneto de silício (SiC), conforme mostrado esquematicamente na Figura . O SiC hospeda centros de cores em escala atômica, especialmente a vacância de silício (VSi ) , ou seja, a ausência de átomo de silício no sítio da rede. Possui uma ampla banda PL à temperatura ambiente na faixa espectral do infravermelho próximo (NIR). Os defeitos V Si são criados por um feixe focado de prótons ou íons de hélio, proporcionando alta resolução espacial, rápida velocidade de gravação e baixa energia para armazenar um único bit. O limite de difração da densidade de armazenamento inerente à mídia óptica é superado pelos esquemas de codificação 4D. Nestes esquemas, as três dimensões espaciais e a quarta dimensão de intensidade adicional (codificação em escala de cinza) são realizadas controlando a posição lateral e a profundidade, bem como o número de defeitos V Si através da energia iônica e da fluência, respectivamente. Um microscópio confocal de varredura PL é usado para ler opticamente os dados armazenados. Alternativamente, o uso de catodoluminescência (CL) em vez de PL pode melhorar drasticamente a densidade de armazenamento de área. [caption id="attachment_87019" align="aligncenter" width="633"] Um conceito de armazenamento óptico de dados de longo prazo em SiC. a) A informação é escrita em defeitos atômicos opticamente ativos por um feixe de íons focado e lida usando o defeito PL ou CL. O comprimento de onda de excitação é 785 nm. b) Espectro PL típico em HPSI SiC cultivado e após irradiação iônica. c) O decaimento da intensidade de V Si PL em diferentes temperaturas. As linhas sólidas são adequadas para exp (− t /τ) e as linhas tracejadas representam extrapolação para um tempo de recozimento mais longo t . d) Gráfico de Arrhenius da taxa de decaimento PL 1/τ. A área sombreada ao redor da linha sólida representa a tolerância dos valores extrapolados. À temperatura ambiente, as informações em V Si podem ser armazenadas por mais de dez milhões de anos.[/caption] 2 Resultados e Discussão Para nossos estudos, utilizamos wafers comerciais de 4H-SiC. Para criar vagas atômicas, realizamos irradiação de prótons com fluência de 1 × 10 15  cm −2 . Em seguida, medimos PL de V Si na faixa espectral de 800 a 1000 nm sob excitação ideal a 785 nm.  Os espectros de PL à temperatura ambiente na amostra cultivada e medidos após a irradiação são mostrados na Figura   , indicando uma ativação clara de defeitos V Si opticamente ativos sem qualquer tratamento pós-irradiação. Além disso, realizamos experimentos de ressonância magnética detectada opticamente (ODMR) em áreas implantadas ( Informações de Apoio ). A observação do pico ODMR a 70 MHz é uma indicação clara dos defeitos V Si no 4H-SiC. 
2.1 Tempo de armazenamento Está bem estabelecido que a temperatura ideal de recozimento para curar a rede dos danos da irradiação e simultaneamente preservar o V Si está na faixa de 500 - 600°C.  Em temperaturas de recozimento mais altas, os defeitos V Si são rapidamente removidos. Investigamos agora em detalhes a dependência da intensidade PL integrada no tempo de duração do recozimento t para diferentes temperaturas de recozimento T . Para curar o cristal dos danos da irradiação, partimos de baixas temperaturas de recozimento em etapas de 100°C e duração de 90 min em cada etapa. Todos os experimentos de recozimento são realizados em atmosfera Ar. O recozimento leva a um aumento inicial da intensidade do PL em aproximadamente 52%. Quando observamos que o PL começa a cair a 640°C, paramos para aumentar a temperatura e realizamos várias séries de experimentos de recozimento em temperaturas mais baixas, variando o tempo de recozimento. No início de cada série de temperaturas, os valores de temperatura adequados e os tempos de recozimento associados são determinados pelo teste. Na etapa final, realizamos o recozimento a uma temperatura mais elevada de 900°C até o completo desaparecimento do PL e confirmação do decaimento mono-exponencial. Para aumentar a precisão e garantir a repetibilidade da alteração relativa do PL, todas as medições de recozimento são realizadas na mesma amostra e na mesma área. O histórico completo de recozimento da amostra é apresentado nas Informações de Apoio. A tendência geral é que quanto menor a temperatura de recozimento, maior será o tempo de recozimento necessário para observar quaisquer alterações de PL . Notavelmente, mesmo a T = 400°C, uma diminuição muito pequena, mas diferente de zero, na intensidade de PL é detectável durante um longo tempo de recozimento de 6 h.  A temperatura mais alta T = 900°C é escolhida como a última das quatro séries de recozimento, de modo que são necessários tempos de recozimento curtos na faixa de minutos para observar decaimento PL significativo. Finalmente, os experimentos desta série são realizados até que nenhum defeito V Si opticamente ativo seja mais observado. O recozimento a 900°C mostra um decaimento exponencial completo, que pode ser ajustado para exp (− t /τ), como mostrado pela linha sólida na Figura. Para temperaturas de recozimento mais baixas, a variação do PL é pequena e o ajuste é dado pelo primeiro termo do expoente da expansão de Taylor 1 − t /τ. A dependência do tempo de decaimento PL τ com a temperatura é determinada pela energia de ativação E a , de acordo com a lei de Arrhenius  aqui, k B é a constante de Boltzmann. O gráfico de Arrhenius de 1/τ em função da temperatura é apresentado na Figura. A partir do ajuste à Equação, obtemos E a = 860 ± 10 meV. Para efeito de comparação, a energia térmica à temperatura ambiente é de 26 meV. Com o fator de frequência A = 1,6 ± 0,1 Hz, extrapolamos o tempo de decaimento do PL para τ = 1,1 × 10 7  anos à temperatura ambiente T = 22°C e τ = 0,9 × 10 4  anos no ponto de ebulição da água sob pressão padrão T = 100ºC. A extrapolação durante um período tão longo resulta em um erro muito grande. Mas obviamente, o meio de informação baseado nos defeitos V Si no SiC pode preservar a informação ao longo de algumas gerações, ou seja, no mínimo algumas centenas de anos. 2.2 Armazenamento de dados com codificação em escala de cinza A seguir, registramos o texto “E pur si muove - Embora ele se mova” de Galileo Galilei em defeitos V Si opticamente ativos . Para realizar a gravação digital, convertemos este texto para a representação hexadecimal do código ASCII, conforme descrito nas Informações de Apoio. Criamos defeitos V Si usando um microfeixe de prótons focado em um ponto redondo de aproximadamente 1 µm de diâmetro.  Um esquema de codificação de dois bits é usado para cada pixel de implantação. Implantamos 4 × 10 6 prótons para escrever 01 e, correspondentemente, dobramos e triplicamos esse valor para escrever 10 e 11.
A ausência de implantação corresponde a 00. Nenhum recozimento pós-implantação é realizado e os dados podem ser lidos imediatamente após a gravação . Para recuperar o fluxo digital gravado, usamos um microscópio confocal de varredura caseiro, conforme apresentado na Figura  . Os defeitos V Si são excitados com um laser de 785 nm e o PL integrado é medido com um detector de fóton único de silício após filtragem com um filtro passa-longo de 800 nm. A Figura  mostra o V Si PL ao longo de uma das trilhas de dados, onde as diferentes taxas de contagem para os quatro estados lógicos 00, 01, 10 e 11 são claramente vistas. A Figura  mostra as estatísticas da taxa de contagem de PL para todos os pixels. Observamos que a largura total na metade do máximo (FWHM) de 1,6 µm é dada pela convolução do tamanho real do pixel e do tamanho do ponto do laser, sendo ambos de cerca de 1 µm. Notamos também que embora o tamanho do pixel possa ser significativamente reduzido, a resolução espacial do padrão óptico não pode ser significativamente melhorada devido ao limite de difração dado pelo comprimento de onda do laser. Podem ser vistos quatro máximos que identificamos com os quatro estados lógicos. Por fim restauramos o texto “E pur si i uove - Albe Y t it does move”. Dos 294 bits registrados, detectamos apenas dois erros de bits, levando a dois caracteres errados (destacados em negrito). Esses erros são devidos a alguma variação na intensidade do PL e podem ser corrigidos usando bits redundantes como referência para taxas de contagem. [caption id="attachment_87024" align="aligncenter" width="1000"] Armazenamento óptico de dados em SiC usando codificação em escala de cinza. a) Um exemplo de fluxo digital com codificação de dois bits por pixel. A barra de escala é 10 µm. b) Taxa de contagem de fótons do V Si PL registrada ao longo de uma das trilhas de dados. Quatro níveis de taxa de contagem representam os estados lógicos de dois bits 00, 01, 10 e 11. c) Estatísticas da taxa de contagem PL sobre todos os pixels.[/caption] Para aumentar a capacidade de armazenamento, demonstramos a codificação multicamadas conforme apresentado esquematicamente na Figura  . Usamos wafers comerciais de SiC e registramos mapas da Terra em diferentes épocas geológicas. Primeiro, esses mapas são convertidos em imagens em tons de cinza de oito bits (Supporting Information) com distância entre pixels de 80 nm. Os íons He com uma energia de 25 keV são focados em um tamanho de ponto de aproximadamente 1 nm na superfície da amostra em um microscópio de íons de hélio (HIM). Para encontrar as condições ideais de gravação, realizamos uma série de experimentos com diferentes fluências de implantação, conforme descrito nas Informações de Apoio. Descobrimos que a intensidade de V Si PL aumenta quase linearmente até uma fluência de Φ max = 1 × 10 13  cm −2 . Ele satura em 5 × 10 13  cm −2 e depois cai devido ao dano induzido por íons na estrutura cristalina do SiC. A escala de cinza para escrita de feixe de íons focado  é escolhida de forma que o estado lógico máximo de 8 bits seja codificado com Φ max σ HIM . Aqui, σ HIM é a área determinada pelo desvio lateral obtido na simulação SRIM (Stopping and Range of Ions in Matter). Outros estados de bits diminuem linearmente com a fluência de implantação. [caption id="attachment_87023" align="aligncenter" width="633"] Armazenamento óptico de dados em SiC usando codificação multicamada. a) Um esquema do meio de armazenamento óptico com camadas de dados de cerca de 250 nm de espessura, separadas por espaçadores transparentes. b) Varreduras PL confocal em profundidade através de dois pontos. Os pontos são selecionados de forma que a fluência de irradiação seja a mesma na camada dois e diferente na camada um. Devido à absorção insignificante do laser de excitação e do V Si PL no SiC, não há interferência entre as camadas. c) Um mapa da Terra de 240 milhões de anos atrás armazenado/recuperado da camada um. Uma codificação em escala
de cinza de oito bits é usada pela escrita de feixe de íons e uma codificação de três bits é reinstaurada pela leitura óptica. d) Um mapa da Terra hoje armazenado/recuperado da camada dois. A taxa de contagem de fundo de 50k cps causada pelo V Si residual é subtraída em (c, d). A taxa de contagem de 87,5 mil cps corresponde a um nível da codificação em escala de cinza de três bits.[/caption] Depois de escrever mapas individuais da Terra em wafers de SiC separados, eles são empilhados juntos (Figura  3a ). Em seguida, usamos uma configuração confocal para recuperar os mapas armazenados. Varreduras detalhadas através de diferentes pontos são mostradas na Figura  3b . O espaçador transparente nessas varreduras é dado pela espessura do wafer de 250 µm. Considerando a resolução de profundidade de 60 µm juntamente com a distância de trabalho da objetiva de 700 µm, concluímos que até dez camadas podem ser recuperadas sem interferência. Isso se deve ao fraco coeficiente de absorção de SiC nos comprimentos de onda de excitação e V Si PL, que são maiores que 380 nm, correspondendo ao bandgap 4H-SiC. Os mapas recuperados de duas camadas separadas por um espaçador são apresentados nas Figuras  3c e d . Aqui, usamos codificação de 3 bits para reconstruir os mapas. Como a separação de pixels no desenho do projeto é muito menor do que a resolução espacial óptica e a codificação de escrita é mais precisa do que a codificação de leitura, muitos detalhes são calculados em média (Informações de Suporte). Por esta razão, não podemos estimar a precisão da leitura da Figura  3 . Agora estimamos o limite de densidade de armazenamento da nossa gravação 4D. A resolução óptica lateral é dada pelo critério de Rayleigh 1,22λ/NA, onde λ = 785 nm é o comprimento de onda de excitação e NA = 0,81 é a abertura numérica da objetiva. Consideramos então dez camadas e codificação em escala de cinza de três bits para a terceira e quarta dimensões, respectivamente. Finalmente, obtemos uma densidade de armazenamento de 75 Gbit/in2 para dez camadas. 2.3 Leitura de Catodoluminescência O limite de difração do tamanho mínimo do ponto sob excitação óptica é muito maior que a área implantada no HIM. A Figura  4a mostra uma simulação SRIM da distribuição lateral e profunda dos defeitos V Si criados por íons He com energia de 25 keV. A profundidade de penetração dos íons He com esta energia é de cerca de 250 nm. Devido ao espalhamento lateral de íons dentro da camada de SiC, a área implantada tem cerca de σ HIM ≈200 nm de diâmetro. Para aumentar a resolução espacial, propomos usar CL em vez de PL. A Figura  4b mostra o desgarrado de elétrons com energia de 5 keV em SiC, simulado com o software CASINO (monte CARlo SIMulation of electroN path in sOlids). O desvio lateral é de cerca de σ CL ≈ 300 nm. Embora os elétrons com essa energia penetrem no SiC ao longo de vários µm, a simulação da profundidade é limitada a uma profundidade de 250 nm, que é a espessura da camada epitaxial de SiC usada em nossos experimentos de CL. Observamos que a leitura multicamadas não é possível neste caso. [caption id="attachment_87025" align="aligncenter" width="1000"] Armazenamento de dados em SiC com leitura CL. a) Simulação SRIM da criação de V Si com implantação de He com energia de pouso de 25 keV indicando desgarrado longitudinal e lateral. b) Simulação CASINO do espalhamento longitudinal e lateral de elétrons com energia de 5 keV. c) Mapa de intensidade CL do código de barras escrito com HIM. d) Espectro CL das áreas irradiadas e cultivadas. e) Leitura integrada da linha CL através do código de barras armazenado em c). As linhas sólidas são um ajuste multi-gaussiano. A inserção mostra o código de barras armazenado em (c).[/caption] Os espectros CL na faixa de 800 a 1000 nm são mostrados na Figura  4d . Há um sinal CL extremamente baixo em uma amostra cultivada em comparação com PL. A razão para isso é uma concentração cada vez mais baixa de defeitos de V Si nas camadas epitaxiais em comparação com os wafers HPSI usados ​​para PL (Seção Experimental).
Após a implantação de He a uma fluência de 5 × 10 13  cm −2 , o espectro CL tem a mesma posição de pico e largura espectral que o espectro PL da Figura  1b , demonstrando que os elétrons podem de fato excitar eficientemente os defeitos V Si . Em seguida, usamos o HIM para escrever um código de barras representado no encarte da Figura  4e . Este código de barras representa o número 916, correspondente à posição espectral de uma das linhas de fônons zero V Si em 4H-SiC. O código de barras foi criado usando linhas de pixel único com fluência de 70 íons/nm a uma energia de 25 keV usando uma corrente de íons de 0,5 pA. O código de barras recuperado com CL é apresentado na Figura  4c . Para ser espectralmente seletivo à emissão dos defeitos V Si , detectamos sinais de 800 nm (usando filtros passa-longo) a 1000 nm (dado pela sensibilidade espectral do detector de silício). Para analisar a resolução espacial, integramos o sinal ao longo das barras e traçamos a varredura linear através das barras, conforme mostrado na Figura  4e . A partir do ajuste multi-gaussiano, descobrimos que a largura total na metade do máximo (FWHM) das barras mais estreitas é de cerca de 420 nm, o que representa a resolução espacial. Este valor está em boa concordância com a resolução espacial lateral esperada dada pelo He combinado e pelo espalhamento de elétrons. De acordo com a Figura  4a,b , a resolução espacial pode ser significativamente melhorada se a profundidade de criação dos defeitos V Si for limitada a 50 nm. Isto pode ser realizado usando íons He com menor energia em combinação com camadas epitaxiais de SiC mais finas. O espalhamento lateral de íons e elétrons He é limitado, neste caso, a 30 e 40 nm, respectivamente, resultando em uma resolução espacial total de 50 nm. Corresponde à densidade de armazenamento para uma única camada próxima de 300 Gbit/in 2 , que é comparável à densidade de área de registro das fitas magnéticas mas com tempo de armazenamento muito maior e sem necessidade de migração de dados. Observamos que a densidade máxima de defeitos V Si opticamente ativos é 10 16  cm −3 ,  enquanto para concentrações mais altas a presença de canais de recombinação não radiativos devido a danos no cristal induzidos por irradiação suprime a emissão. Para tal densidade de volume, a distância média entre defeitos únicos de V Si é de 46 nm. Portanto, para atingir a densidade de armazenamento de área acima mencionada de 300 Gbit/in 2 , o único bit deve ser armazenado em um único ou em poucos defeitos V Si . A criação de um número único ou contável de defeitos V Si obedece à distribuição de Poisson. Para o valor médio de 1 V Si , a probabilidade de criar defeitos de 0 V Si é de cerca de 36,7% e a fidelidade de escrita correspondente é baixa. Porém, no limite de defeitos únicos ou poucos, a codificação binária é possível, onde o 0 lógico é representado pela ausência do sinal CL e o 1 lógico é representado pelo sinal CL diferente de zero dos defeitos V Si . Particularmente, se o valor médio for igual a 5 V Si , a probabilidade de criar um defeito de 0 V Si é inferior a 0,7%. A fidelidade de escrita correspondente definida estatisticamente estaria acima de 99,3% neste caso. O rendimento de criação de defeitos únicos de V Si usando íons He com uma energia de 6 keV é de 8,5%, o que corresponde em média a 12 íons He necessários para criar um (ou 5) centro (s) V Si . Com base nesses números, a energia mínima necessária para armazenar um único bit é estimada em 10 fJ (ou 50 fJ). Este valor não leva em consideração o consumo de energia necessário para manter a IHM funcionando. O consumo geral de energia aumenta com o número de bits e a velocidade de escrita/leitura, mas não existe tal escalonamento para a operação da HIM. Portanto, no limite de um número muito grande de bits, a energia consumida deve ser determinada pela necessária para escrever o bit individual. A velocidade de gravação alcançável é um critério importante para armazenamento de dados a longo prazo.
É limitado pela fluência necessária para a criação dos defeitos e pela corrente do feixe de íons. No entanto, este último está ligado ao tamanho do spot alcançável e, portanto, não pode ser aumentado indefinidamente. Se assumirmos uma fluência necessária de Φ He = 1,2 × 10 12  cm −2 e uma área de bits de 1000 nm 2 de acordo com os resultados apresentados acima, necessitamos da implantação de ≈12 íons He. No caso da HIM, podemos utilizar altas correntes na faixa de 2 pA, pois a resolução necessária pode ser facilmente alcançada. Nestas condições, a gravação de um único pixel requer apenas 100 ns. Portanto, nossa abordagem tem potencial para atingir uma velocidade de gravação de 10 Mbit/s (ignorando o tempo necessário para direção e atualização do feixe, que é apenas uma pequena correção). Essa velocidade de gravação é mais rápida do que em outras mídias ópticas de armazenamento de dados.  Defeitos opticamente ativos também podem ser alcançados com outros íons. Uma fonte de íons metálicos líquidos permitirá aumentar a corrente para alguns 10 nA. Desde que o tamanho do ponto de 40 nm possa ser mantido, isto resulta, no entanto, em tempos de permanência extremamente curtos, o que exigirá novos supressores de feixe de alta velocidade. Assumindo um supressor tão rápido, capaz de apagar e revelar o feixe em menos de 10 ns , uma corrente de 200 pA é necessária para atingir a fluência necessária Φ Ga . Em tal sistema FIB hipotético, velocidades de gravação de até 100 Mbit/s poderiam ser alcançadas. A velocidade de leitura é diretamente limitada pela taxa de emissão dos defeitos V Si . Para o armazenamento de dados ópticos 4D descrito na Figura   , o potencial limite superior da velocidade de leitura é de cerca de 100 kbit/s. É muito menor se bits únicos forem armazenados em defeitos únicos de V Si , estando na faixa de apenas 1 kbit/s. Alguns outros centros de cores em SiC demonstram PL muito forte, que pode fornecer velocidade de leitura de defeitos únicos superior a 1 Mbit/s.  Alternativamente, a taxa de contagem e, correspondentemente, a velocidade de leitura podem ser significativamente melhoradas coletando PL da face m do cristal de SiC  ou coletando CL de nanocristais de SiC  depositados em uma superfície condutora espelhada. 3 Conclusão Demonstramos armazenamento de dados ultralongo e de alta densidade baseado em defeitos V Si , que são criados por feixes de íons focados. Para recuperar as informações armazenadas, excitamos os defeitos V Si com um laser de 785 nm usado em drives de CD e detectamos seu PL. Em seguida, aplicamos esquemas de codificação em escala de cinza de dois e oito bits com base na intensidade PL para armazenar texto e imagens, respectivamente. As imagens são armazenadas em duas camadas e nossas estimativas mostram que até dez camadas podem ser lidas sem interferência. Neste caso, a densidade de armazenamento projetada está na faixa de dezenas de Gbit/pol 2 , o que é comparável com discos HD DVD e Blu-ray. A extrapolação do tempo de decaimento do PL ativado termicamente aponta para um tempo de armazenamento extremamente longo. Para superar o limite de difração, demonstramos então que CL pode ser usado em vez de PL para ler bits codificados em defeitos V Si opticamente ativos. Para examinar a resolução espacial, que determina a densidade de armazenamento de área, escrevemos um código de barras em 4H-SiC usando HIM e lemos usando CL. Embora a resolução espacial do CL de cerca de 360 ​​nm seja melhor do que no caso do PL, ela é limitada pelo espalhamento de íons e elétrons durante os processos de gravação e leitura, respectivamente. Ao reduzir a espessura da camada de gravação para 50 nm, a resolução espacial pode ser significativamente melhorada, proporcionando o limite teórico da densidade de armazenamento de cerca de 300 Gbit/in 2 . Nossa abordagem não se limita ao SiC e pode ser estendida a outros materiais com defeitos opticamente ativos, incluindo materiais 2D como WS 2  e hBN.  4 Seção Experimental
Amostras As amostras de 4H-SiC foram adquiridas da STMicroelectronics (anteriormente Norstel). Para os experimentos de PL, foi utilizado um wafer 4H-SiC semi-isolante de alta pureza (HPSI). Para os experimentos de CL, foi utilizada uma camada epitaxial de 4H-SiC tipo p (nível de dopagem 1 × 10 17  cm -3 ) com espessura de 250 nm, cultivada em um substrato 4H-SiC tipo n. Um substrato condutor foi necessário para descarregar a amostra quando ela foi exposta ao feixe de elétrons em experimentos de CL. Microscópio Confocal As medições de PL foram realizadas à temperatura ambiente sob condições de vácuo, utilizando um microscópio confocal caseiro. Um laser acoplado a fibra de 785 nm de onda contínua (Thorlabs, LP785-SF20) foi enviado através de um filtro passa-faixa de 785 nm com uma janela de transmissão de 10 nm (AHF Analysentechnik AG, ZET785/10) e focado na amostra usando um objetiva do microscópio com NA = 0,81 otimizada para a faixa espectral NIR. A potência do laser foi controlada usando um atenuador de fibra óptica variável em linha (Thorlabs, VOA780-FC) e ajustada para aproximadamente 6 mW. Utilizando um sistema de nanoposicionamento de circuito fechado (attocube, ANPx311) ancorado ao porta-amostras, foram realizadas varreduras raster PL confocal 2D dos padrões HIM espacialmente seletivos. Para as varreduras PL em profundidade, foi considerado o índice de refração de SiC n SiC = 2,6. A emissão NIR do V Si foi coletada pela mesma objetiva enquanto os resíduos da luz laser foram limpos por um conjunto de dois filtros passa-longa de 800 nm (Thorlabs, FELH0800). O PL foi alimentado em um detector de fóton único de nanofio supercondutor acoplado a fibra de banda larga (Single Quantum) para medições de PL espectralmente integradas ou acoplado a um espectrômetro equipado com um Si-CCD (Andor Technology, iVac 324 FI) para medições de PL seletivas de comprimento de onda . Implantação de feixe de íons focado Os experimentos com feixe de prótons foram realizados nas instalações de irradiação TIARA da QST Takasaki, Japão. O acelerador de partículas de extremidade única de 3 MV foi utilizado para gerar um feixe focalizado estável com tamanho típico de 1 × 1 µm 2 , que foi estimado na estação final por imagens de elétrons secundários em uma malha de cobre. A estação final foi equipada com um estágio de precisão de dois eixos (Canon Precision) e controlou a posição do wafer SiC. A corrente do feixe através do porta-amostras foi monitorada durante a irradiação para registrar flutuações e desvios da corrente e fluência pretendidas, enquanto as correntes precisas do feixe foram avaliadas antes e depois do experimento de irradiação por um copo de Faraday conectado a um picômetro. Toda a irradiação com feixe de íons He foi realizada em um Carl Zeiss Orion NanoFAB. A máquina possui vários complementos, incluindo um supressor rápido capaz do comprimento de pulso ultracurto mencionado acima, que também é usado para TOF-SIMS.  Salvo indicação em contrário, uma pressão de hélio de2×10−6mbar, foi utilizada uma abertura de 10 µm, número de controle de ponto 4 e tensão de aceleração de 25 kV. Para reduzir a irradiação não intencional por átomos de He energéticos neutros, todos os padrões de irradiação foram colocados pelo menos 50 µm (normalmente 100 µm) fora do eixo da coluna óptica de íons. Catodoluminescência O sistema de detecção óptica comercialmente disponível (delmic SPARC) utilizado para as medições de CL foi acoplado a um microscópio eletrônico de varredura (scienta omicron NanoSAM Lab). A amostra foi montada em um sistema de microposicionamento controlado por piezo. O feixe de elétrons foi direcionado através de uma abertura micrométrica do espelho parabólico e focado na superfície da amostra até um tamanho de ponto abaixo de 10 nm. Um sinal CL foi emitido quando o feixe contínuo de elétrons de 5 keV (1 nA) excita V Si no ponto focal do espelho parabólico. A resposta CL foi coletada pelo mesmo espelho parabólico e acoplada a fibra (Thorlabs,
FG300AEA) a um Si-APD (Thorlabs, APD440A) para medições CL espectralmente integradas ou acoplada a um espectrômetro equipado com uma câmera Si-CMOS (Andor Technology , Zyla 5.5 sCMOS) para medições CL seletivas de comprimento de onda. Mapas de intensidade CL 2D foram obtidos escaneando o feixe de elétrons lateralmente através do padrão HIM. Para evitar contribuições de outros defeitos luminescentes na faixa espectral visível, o sinal CL foi filtrado em passagem longa a 830 nm (Semrock, LP02-830RE-25). Todas as medições de CL foram realizadas à temperatura ambiente sob condições de vácuo. Reconhecimentos VD e GVA reconheceram o apoio financeiro do Cluster de Excelência em Complexidade e Topologia em Matéria Quântica de Würzburg-Dresden ct.qmat (EXC 2147, ID de projeto DFG 390858490). TO reconheceu o apoio do MEXT Q-LEAP JPMXS0118067395. M. Ho. obrigado Helmut Schultheiss pela assistência com o Blender na preparação dos esquemas na Figura  1a . GH e LB são membros da Ação COST FIT4NANO CA19140 http://www.fit4nano.eu. HK realizou trabalhos no Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, sob contrato com a Nastional Aeronautics and Space Administration (80NM0018D0004). O apoio do Ion Beam Center (IBC) nas instalações de irradiação HZDR e TIARA da QST Takasaki é reconhecido com gratidão pela implantação iônica. Financiamento de acesso aberto habilitado e organizado pelo Projekt DEAL. Conflito de interesses Os autores declaram não haver conflito de interesses.
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industriabigar · 5 months
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Há uma necessidade urgente de aumentar a capacidade global de armazenamento de dados, uma vez que as abordagens atuais ficam aquém do crescimento exponencial da geração de dados impulsionada pela Internet, pelas redes sociais e pelas tecnologias de nuvem. Além de aumentar a densidade de armazenamento, as novas soluções deverão fornecer arquivamento de dados de longo prazo que vai muito além da tradicional memória magnética, discos ópticos e unidades de estado sólido. Aqui, é proposto um conceito de arquivamento de dados de alta densidade, ultralongo e com eficiência energética, baseado em defeitos de tamanho atômico opticamente ativos em um material resistente à radiação, o carboneto de silício (SiC). A informação é escrita nesses defeitos por feixes de íons focados e lida usando fotoluminescência ou catodoluminescência. A desativação desses defeitos dependente da temperatura sugere um tempo de retenção mínimo ao longo de algumas gerações sob condições ambientais. Com excitação de laser infravermelho próximo, codificação em escala de cinza e armazenamento de dados multicamadas, a densidade de área corresponde à dos discos Blu-ray. Além disso, é demonstrado que a limitação da densidade de área dos meios ópticos convencionais de armazenamento de dados devido à difração da luz pode ser superada pela excitação por feixe de elétrons focalizado. 1 Introdução Em 2012, a quantidade de dados digitais no mundo ultrapassou um Zettabyte (ZB ou 10 21 bytes), indicando o início da Era Zettabyte. Os dados gerados globalmente estão aumentando continuamente e espera-se que sejam superiores a 100 ZB/ano até 2025.  O consumo de energia dos data centers equivale a cerca de 1% da produção global de eletricidade; este número poderá aumentar para 3–13% até 2030.  O tempo de armazenamento limitado exige a migração de dados dentro de vários anos para evitar qualquer perda de dados. Isto aumenta substancialmente o consumo de energia, porque uma quantidade significativa de energia é consumida durante essa migração de dados.  A demanda por redução do consumo de energia, prolongamento do tempo de armazenamento e aumento da capacidade de big data levou a uma melhoria contínua das tecnologias atuais, como mídia magnética, discos ópticos e unidades de estado sólido. A memória magnética é a principal escolha para arquivamento de dados devido à sua grande capacidade de armazenamento. Um protótipo de fita magnética desenvolvido recentemente mostra um desempenho de gravação com uma densidade de armazenamento de área de 317,3 Gbit/in 2 .  O aumento da densidade de armazenamento requer a diminuição do tamanho da partícula magnética. Neste caso, as flutuações térmicas e os processos de difusão tornam-se significativos, resultando numa diminuição do tempo de armazenamento. Isto pode ser superado usando materiais com maior coercividade, o que por sua vez leva a uma maior energia necessária para armazenar um bit magnético. Por outro lado, os discos ópticos podem fornecer um tempo de armazenamento aparentemente ilimitado.  No entanto, o limite de difração restringe o menor bit de gravação à metade do comprimento de onda da luz, o que por sua vez limita a capacidade máxima de armazenamento. Usando gravação óptica multidimensional (isto é, múltiplas camadas dentro do meio, domínio espectral, codificação em escala de cinza, etc.), a capacidade de armazenamento por volume pode ser aumentada drasticamente.  Nos conceitos demonstrados, o registro óptico multidimensional é baseado na modificação do material utilizando pulsos de laser ultracurtos.  A energia necessária para escrever um único bit nessas abordagens está acima de 100 nJ/bit. Este valor é muitas ordens de magnitude maior do que para unidades de disco magnético e unidades de estado sólido, que está na faixa de 1 pJ/bit e 100 fJ/bit, respectivamente. Esses valores podem ser melhorados ainda mais reduzindo a carga de calor.  Por outro lado, o armazenamento óptico de dados não precisa ser atualizado e, portanto, não consome energia no estado ocioso.
No caso de arquivamento de dados a longo prazo, existe um compromisso entre a energia necessária para escrever um único bit e o tempo de vida do armazenamento.  Outras abordagens para armazenamento de dados de ultra-alta densidade estão em desenvolvimento. Particularmente, o armazenamento digital de dados DNA fornece a maior densidade de armazenamento por volume. Em uma abordagem alternativa, as memórias de tamanho atômico têm a maior densidade de armazenamento de área.  No entanto, os horários para escrever e ler nestes dois casos são atualmente impraticáveis. Particularmente, a velocidade de gravação está entre 0,8 e 0,07 bit/s no caso de memória de tamanho atômico. Os centros de cores no estado sólido constituem um tipo alternativo de armazenamento em escala atômica. De facto, foi demonstrado o armazenamento de dados utilizando os centros de vacância de azoto (NV) no diamante. A codificação de bits é realizada usando controle de estado de carga com luz laser e a leitura é realizada via fotoluminescência (PL). No entanto, os padrões de bits são armazenados nos centros NV por apenas mais de uma semana no escuro, o que não é suficiente para uso prático. Aqui, propomos um conceito de armazenamento de dados WORM (write once read many) de longo prazo baseado em carboneto de silício (SiC), conforme mostrado esquematicamente na Figura . O SiC hospeda centros de cores em escala atômica, especialmente a vacância de silício (VSi ) , ou seja, a ausência de átomo de silício no sítio da rede. Possui uma ampla banda PL à temperatura ambiente na faixa espectral do infravermelho próximo (NIR). Os defeitos V Si são criados por um feixe focado de prótons ou íons de hélio, proporcionando alta resolução espacial, rápida velocidade de gravação e baixa energia para armazenar um único bit. O limite de difração da densidade de armazenamento inerente à mídia óptica é superado pelos esquemas de codificação 4D. Nestes esquemas, as três dimensões espaciais e a quarta dimensão de intensidade adicional (codificação em escala de cinza) são realizadas controlando a posição lateral e a profundidade, bem como o número de defeitos V Si através da energia iônica e da fluência, respectivamente. Um microscópio confocal de varredura PL é usado para ler opticamente os dados armazenados. Alternativamente, o uso de catodoluminescência (CL) em vez de PL pode melhorar drasticamente a densidade de armazenamento de área. [caption id="attachment_87019" align="aligncenter" width="633"] Um conceito de armazenamento óptico de dados de longo prazo em SiC. a) A informação é escrita em defeitos atômicos opticamente ativos por um feixe de íons focado e lida usando o defeito PL ou CL. O comprimento de onda de excitação é 785 nm. b) Espectro PL típico em HPSI SiC cultivado e após irradiação iônica. c) O decaimento da intensidade de V Si PL em diferentes temperaturas. As linhas sólidas são adequadas para exp (− t /τ) e as linhas tracejadas representam extrapolação para um tempo de recozimento mais longo t . d) Gráfico de Arrhenius da taxa de decaimento PL 1/τ. A área sombreada ao redor da linha sólida representa a tolerância dos valores extrapolados. À temperatura ambiente, as informações em V Si podem ser armazenadas por mais de dez milhões de anos.[/caption] 2 Resultados e Discussão Para nossos estudos, utilizamos wafers comerciais de 4H-SiC. Para criar vagas atômicas, realizamos irradiação de prótons com fluência de 1 × 10 15  cm −2 . Em seguida, medimos PL de V Si na faixa espectral de 800 a 1000 nm sob excitação ideal a 785 nm.  Os espectros de PL à temperatura ambiente na amostra cultivada e medidos após a irradiação são mostrados na Figura   , indicando uma ativação clara de defeitos V Si opticamente ativos sem qualquer tratamento pós-irradiação. Além disso, realizamos experimentos de ressonância magnética detectada opticamente (ODMR) em áreas implantadas ( Informações de Apoio ). A observação do pico ODMR a 70 MHz é uma indicação clara dos defeitos V Si no 4H-SiC. 
2.1 Tempo de armazenamento Está bem estabelecido que a temperatura ideal de recozimento para curar a rede dos danos da irradiação e simultaneamente preservar o V Si está na faixa de 500 - 600°C.  Em temperaturas de recozimento mais altas, os defeitos V Si são rapidamente removidos. Investigamos agora em detalhes a dependência da intensidade PL integrada no tempo de duração do recozimento t para diferentes temperaturas de recozimento T . Para curar o cristal dos danos da irradiação, partimos de baixas temperaturas de recozimento em etapas de 100°C e duração de 90 min em cada etapa. Todos os experimentos de recozimento são realizados em atmosfera Ar. O recozimento leva a um aumento inicial da intensidade do PL em aproximadamente 52%. Quando observamos que o PL começa a cair a 640°C, paramos para aumentar a temperatura e realizamos várias séries de experimentos de recozimento em temperaturas mais baixas, variando o tempo de recozimento. No início de cada série de temperaturas, os valores de temperatura adequados e os tempos de recozimento associados são determinados pelo teste. Na etapa final, realizamos o recozimento a uma temperatura mais elevada de 900°C até o completo desaparecimento do PL e confirmação do decaimento mono-exponencial. Para aumentar a precisão e garantir a repetibilidade da alteração relativa do PL, todas as medições de recozimento são realizadas na mesma amostra e na mesma área. O histórico completo de recozimento da amostra é apresentado nas Informações de Apoio. A tendência geral é que quanto menor a temperatura de recozimento, maior será o tempo de recozimento necessário para observar quaisquer alterações de PL . Notavelmente, mesmo a T = 400°C, uma diminuição muito pequena, mas diferente de zero, na intensidade de PL é detectável durante um longo tempo de recozimento de 6 h.  A temperatura mais alta T = 900°C é escolhida como a última das quatro séries de recozimento, de modo que são necessários tempos de recozimento curtos na faixa de minutos para observar decaimento PL significativo. Finalmente, os experimentos desta série são realizados até que nenhum defeito V Si opticamente ativo seja mais observado. O recozimento a 900°C mostra um decaimento exponencial completo, que pode ser ajustado para exp (− t /τ), como mostrado pela linha sólida na Figura. Para temperaturas de recozimento mais baixas, a variação do PL é pequena e o ajuste é dado pelo primeiro termo do expoente da expansão de Taylor 1 − t /τ. A dependência do tempo de decaimento PL τ com a temperatura é determinada pela energia de ativação E a , de acordo com a lei de Arrhenius  aqui, k B é a constante de Boltzmann. O gráfico de Arrhenius de 1/τ em função da temperatura é apresentado na Figura. A partir do ajuste à Equação, obtemos E a = 860 ± 10 meV. Para efeito de comparação, a energia térmica à temperatura ambiente é de 26 meV. Com o fator de frequência A = 1,6 ± 0,1 Hz, extrapolamos o tempo de decaimento do PL para τ = 1,1 × 10 7  anos à temperatura ambiente T = 22°C e τ = 0,9 × 10 4  anos no ponto de ebulição da água sob pressão padrão T = 100ºC. A extrapolação durante um período tão longo resulta em um erro muito grande. Mas obviamente, o meio de informação baseado nos defeitos V Si no SiC pode preservar a informação ao longo de algumas gerações, ou seja, no mínimo algumas centenas de anos. 2.2 Armazenamento de dados com codificação em escala de cinza A seguir, registramos o texto “E pur si muove - Embora ele se mova” de Galileo Galilei em defeitos V Si opticamente ativos . Para realizar a gravação digital, convertemos este texto para a representação hexadecimal do código ASCII, conforme descrito nas Informações de Apoio. Criamos defeitos V Si usando um microfeixe de prótons focado em um ponto redondo de aproximadamente 1 µm de diâmetro.  Um esquema de codificação de dois bits é usado para cada pixel de implantação. Implantamos 4 × 10 6 prótons para escrever 01 e, correspondentemente, dobramos e triplicamos esse valor para escrever 10 e 11.
A ausência de implantação corresponde a 00. Nenhum recozimento pós-implantação é realizado e os dados podem ser lidos imediatamente após a gravação . Para recuperar o fluxo digital gravado, usamos um microscópio confocal de varredura caseiro, conforme apresentado na Figura  . Os defeitos V Si são excitados com um laser de 785 nm e o PL integrado é medido com um detector de fóton único de silício após filtragem com um filtro passa-longo de 800 nm. A Figura  mostra o V Si PL ao longo de uma das trilhas de dados, onde as diferentes taxas de contagem para os quatro estados lógicos 00, 01, 10 e 11 são claramente vistas. A Figura  mostra as estatísticas da taxa de contagem de PL para todos os pixels. Observamos que a largura total na metade do máximo (FWHM) de 1,6 µm é dada pela convolução do tamanho real do pixel e do tamanho do ponto do laser, sendo ambos de cerca de 1 µm. Notamos também que embora o tamanho do pixel possa ser significativamente reduzido, a resolução espacial do padrão óptico não pode ser significativamente melhorada devido ao limite de difração dado pelo comprimento de onda do laser. Podem ser vistos quatro máximos que identificamos com os quatro estados lógicos. Por fim restauramos o texto “E pur si i uove - Albe Y t it does move”. Dos 294 bits registrados, detectamos apenas dois erros de bits, levando a dois caracteres errados (destacados em negrito). Esses erros são devidos a alguma variação na intensidade do PL e podem ser corrigidos usando bits redundantes como referência para taxas de contagem. [caption id="attachment_87024" align="aligncenter" width="1000"] Armazenamento óptico de dados em SiC usando codificação em escala de cinza. a) Um exemplo de fluxo digital com codificação de dois bits por pixel. A barra de escala é 10 µm. b) Taxa de contagem de fótons do V Si PL registrada ao longo de uma das trilhas de dados. Quatro níveis de taxa de contagem representam os estados lógicos de dois bits 00, 01, 10 e 11. c) Estatísticas da taxa de contagem PL sobre todos os pixels.[/caption] Para aumentar a capacidade de armazenamento, demonstramos a codificação multicamadas conforme apresentado esquematicamente na Figura  . Usamos wafers comerciais de SiC e registramos mapas da Terra em diferentes épocas geológicas. Primeiro, esses mapas são convertidos em imagens em tons de cinza de oito bits (Supporting Information) com distância entre pixels de 80 nm. Os íons He com uma energia de 25 keV são focados em um tamanho de ponto de aproximadamente 1 nm na superfície da amostra em um microscópio de íons de hélio (HIM). Para encontrar as condições ideais de gravação, realizamos uma série de experimentos com diferentes fluências de implantação, conforme descrito nas Informações de Apoio. Descobrimos que a intensidade de V Si PL aumenta quase linearmente até uma fluência de Φ max = 1 × 10 13  cm −2 . Ele satura em 5 × 10 13  cm −2 e depois cai devido ao dano induzido por íons na estrutura cristalina do SiC. A escala de cinza para escrita de feixe de íons focado  é escolhida de forma que o estado lógico máximo de 8 bits seja codificado com Φ max σ HIM . Aqui, σ HIM é a área determinada pelo desvio lateral obtido na simulação SRIM (Stopping and Range of Ions in Matter). Outros estados de bits diminuem linearmente com a fluência de implantação. [caption id="attachment_87023" align="aligncenter" width="633"] Armazenamento óptico de dados em SiC usando codificação multicamada. a) Um esquema do meio de armazenamento óptico com camadas de dados de cerca de 250 nm de espessura, separadas por espaçadores transparentes. b) Varreduras PL confocal em profundidade através de dois pontos. Os pontos são selecionados de forma que a fluência de irradiação seja a mesma na camada dois e diferente na camada um. Devido à absorção insignificante do laser de excitação e do V Si PL no SiC, não há interferência entre as camadas. c) Um mapa da Terra de 240 milhões de anos atrás armazenado/recuperado da camada um. Uma codificação em escala
de cinza de oito bits é usada pela escrita de feixe de íons e uma codificação de três bits é reinstaurada pela leitura óptica. d) Um mapa da Terra hoje armazenado/recuperado da camada dois. A taxa de contagem de fundo de 50k cps causada pelo V Si residual é subtraída em (c, d). A taxa de contagem de 87,5 mil cps corresponde a um nível da codificação em escala de cinza de três bits.[/caption] Depois de escrever mapas individuais da Terra em wafers de SiC separados, eles são empilhados juntos (Figura  3a ). Em seguida, usamos uma configuração confocal para recuperar os mapas armazenados. Varreduras detalhadas através de diferentes pontos são mostradas na Figura  3b . O espaçador transparente nessas varreduras é dado pela espessura do wafer de 250 µm. Considerando a resolução de profundidade de 60 µm juntamente com a distância de trabalho da objetiva de 700 µm, concluímos que até dez camadas podem ser recuperadas sem interferência. Isso se deve ao fraco coeficiente de absorção de SiC nos comprimentos de onda de excitação e V Si PL, que são maiores que 380 nm, correspondendo ao bandgap 4H-SiC. Os mapas recuperados de duas camadas separadas por um espaçador são apresentados nas Figuras  3c e d . Aqui, usamos codificação de 3 bits para reconstruir os mapas. Como a separação de pixels no desenho do projeto é muito menor do que a resolução espacial óptica e a codificação de escrita é mais precisa do que a codificação de leitura, muitos detalhes são calculados em média (Informações de Suporte). Por esta razão, não podemos estimar a precisão da leitura da Figura  3 . Agora estimamos o limite de densidade de armazenamento da nossa gravação 4D. A resolução óptica lateral é dada pelo critério de Rayleigh 1,22λ/NA, onde λ = 785 nm é o comprimento de onda de excitação e NA = 0,81 é a abertura numérica da objetiva. Consideramos então dez camadas e codificação em escala de cinza de três bits para a terceira e quarta dimensões, respectivamente. Finalmente, obtemos uma densidade de armazenamento de 75 Gbit/in2 para dez camadas. 2.3 Leitura de Catodoluminescência O limite de difração do tamanho mínimo do ponto sob excitação óptica é muito maior que a área implantada no HIM. A Figura  4a mostra uma simulação SRIM da distribuição lateral e profunda dos defeitos V Si criados por íons He com energia de 25 keV. A profundidade de penetração dos íons He com esta energia é de cerca de 250 nm. Devido ao espalhamento lateral de íons dentro da camada de SiC, a área implantada tem cerca de σ HIM ≈200 nm de diâmetro. Para aumentar a resolução espacial, propomos usar CL em vez de PL. A Figura  4b mostra o desgarrado de elétrons com energia de 5 keV em SiC, simulado com o software CASINO (monte CARlo SIMulation of electroN path in sOlids). O desvio lateral é de cerca de σ CL ≈ 300 nm. Embora os elétrons com essa energia penetrem no SiC ao longo de vários µm, a simulação da profundidade é limitada a uma profundidade de 250 nm, que é a espessura da camada epitaxial de SiC usada em nossos experimentos de CL. Observamos que a leitura multicamadas não é possível neste caso. [caption id="attachment_87025" align="aligncenter" width="1000"] Armazenamento de dados em SiC com leitura CL. a) Simulação SRIM da criação de V Si com implantação de He com energia de pouso de 25 keV indicando desgarrado longitudinal e lateral. b) Simulação CASINO do espalhamento longitudinal e lateral de elétrons com energia de 5 keV. c) Mapa de intensidade CL do código de barras escrito com HIM. d) Espectro CL das áreas irradiadas e cultivadas. e) Leitura integrada da linha CL através do código de barras armazenado em c). As linhas sólidas são um ajuste multi-gaussiano. A inserção mostra o código de barras armazenado em (c).[/caption] Os espectros CL na faixa de 800 a 1000 nm são mostrados na Figura  4d . Há um sinal CL extremamente baixo em uma amostra cultivada em comparação com PL. A razão para isso é uma concentração cada vez mais baixa de defeitos de V Si nas camadas epitaxiais em comparação com os wafers HPSI usados ​​para PL (Seção Experimental).
Após a implantação de He a uma fluência de 5 × 10 13  cm −2 , o espectro CL tem a mesma posição de pico e largura espectral que o espectro PL da Figura  1b , demonstrando que os elétrons podem de fato excitar eficientemente os defeitos V Si . Em seguida, usamos o HIM para escrever um código de barras representado no encarte da Figura  4e . Este código de barras representa o número 916, correspondente à posição espectral de uma das linhas de fônons zero V Si em 4H-SiC. O código de barras foi criado usando linhas de pixel único com fluência de 70 íons/nm a uma energia de 25 keV usando uma corrente de íons de 0,5 pA. O código de barras recuperado com CL é apresentado na Figura  4c . Para ser espectralmente seletivo à emissão dos defeitos V Si , detectamos sinais de 800 nm (usando filtros passa-longo) a 1000 nm (dado pela sensibilidade espectral do detector de silício). Para analisar a resolução espacial, integramos o sinal ao longo das barras e traçamos a varredura linear através das barras, conforme mostrado na Figura  4e . A partir do ajuste multi-gaussiano, descobrimos que a largura total na metade do máximo (FWHM) das barras mais estreitas é de cerca de 420 nm, o que representa a resolução espacial. Este valor está em boa concordância com a resolução espacial lateral esperada dada pelo He combinado e pelo espalhamento de elétrons. De acordo com a Figura  4a,b , a resolução espacial pode ser significativamente melhorada se a profundidade de criação dos defeitos V Si for limitada a 50 nm. Isto pode ser realizado usando íons He com menor energia em combinação com camadas epitaxiais de SiC mais finas. O espalhamento lateral de íons e elétrons He é limitado, neste caso, a 30 e 40 nm, respectivamente, resultando em uma resolução espacial total de 50 nm. Corresponde à densidade de armazenamento para uma única camada próxima de 300 Gbit/in 2 , que é comparável à densidade de área de registro das fitas magnéticas mas com tempo de armazenamento muito maior e sem necessidade de migração de dados. Observamos que a densidade máxima de defeitos V Si opticamente ativos é 10 16  cm −3 ,  enquanto para concentrações mais altas a presença de canais de recombinação não radiativos devido a danos no cristal induzidos por irradiação suprime a emissão. Para tal densidade de volume, a distância média entre defeitos únicos de V Si é de 46 nm. Portanto, para atingir a densidade de armazenamento de área acima mencionada de 300 Gbit/in 2 , o único bit deve ser armazenado em um único ou em poucos defeitos V Si . A criação de um número único ou contável de defeitos V Si obedece à distribuição de Poisson. Para o valor médio de 1 V Si , a probabilidade de criar defeitos de 0 V Si é de cerca de 36,7% e a fidelidade de escrita correspondente é baixa. Porém, no limite de defeitos únicos ou poucos, a codificação binária é possível, onde o 0 lógico é representado pela ausência do sinal CL e o 1 lógico é representado pelo sinal CL diferente de zero dos defeitos V Si . Particularmente, se o valor médio for igual a 5 V Si , a probabilidade de criar um defeito de 0 V Si é inferior a 0,7%. A fidelidade de escrita correspondente definida estatisticamente estaria acima de 99,3% neste caso. O rendimento de criação de defeitos únicos de V Si usando íons He com uma energia de 6 keV é de 8,5%, o que corresponde em média a 12 íons He necessários para criar um (ou 5) centro (s) V Si . Com base nesses números, a energia mínima necessária para armazenar um único bit é estimada em 10 fJ (ou 50 fJ). Este valor não leva em consideração o consumo de energia necessário para manter a IHM funcionando. O consumo geral de energia aumenta com o número de bits e a velocidade de escrita/leitura, mas não existe tal escalonamento para a operação da HIM. Portanto, no limite de um número muito grande de bits, a energia consumida deve ser determinada pela necessária para escrever o bit individual. A velocidade de gravação alcançável é um critério importante para armazenamento de dados a longo prazo.
É limitado pela fluência necessária para a criação dos defeitos e pela corrente do feixe de íons. No entanto, este último está ligado ao tamanho do spot alcançável e, portanto, não pode ser aumentado indefinidamente. Se assumirmos uma fluência necessária de Φ He = 1,2 × 10 12  cm −2 e uma área de bits de 1000 nm 2 de acordo com os resultados apresentados acima, necessitamos da implantação de ≈12 íons He. No caso da HIM, podemos utilizar altas correntes na faixa de 2 pA, pois a resolução necessária pode ser facilmente alcançada. Nestas condições, a gravação de um único pixel requer apenas 100 ns. Portanto, nossa abordagem tem potencial para atingir uma velocidade de gravação de 10 Mbit/s (ignorando o tempo necessário para direção e atualização do feixe, que é apenas uma pequena correção). Essa velocidade de gravação é mais rápida do que em outras mídias ópticas de armazenamento de dados.  Defeitos opticamente ativos também podem ser alcançados com outros íons. Uma fonte de íons metálicos líquidos permitirá aumentar a corrente para alguns 10 nA. Desde que o tamanho do ponto de 40 nm possa ser mantido, isto resulta, no entanto, em tempos de permanência extremamente curtos, o que exigirá novos supressores de feixe de alta velocidade. Assumindo um supressor tão rápido, capaz de apagar e revelar o feixe em menos de 10 ns , uma corrente de 200 pA é necessária para atingir a fluência necessária Φ Ga . Em tal sistema FIB hipotético, velocidades de gravação de até 100 Mbit/s poderiam ser alcançadas. A velocidade de leitura é diretamente limitada pela taxa de emissão dos defeitos V Si . Para o armazenamento de dados ópticos 4D descrito na Figura   , o potencial limite superior da velocidade de leitura é de cerca de 100 kbit/s. É muito menor se bits únicos forem armazenados em defeitos únicos de V Si , estando na faixa de apenas 1 kbit/s. Alguns outros centros de cores em SiC demonstram PL muito forte, que pode fornecer velocidade de leitura de defeitos únicos superior a 1 Mbit/s.  Alternativamente, a taxa de contagem e, correspondentemente, a velocidade de leitura podem ser significativamente melhoradas coletando PL da face m do cristal de SiC  ou coletando CL de nanocristais de SiC  depositados em uma superfície condutora espelhada. 3 Conclusão Demonstramos armazenamento de dados ultralongo e de alta densidade baseado em defeitos V Si , que são criados por feixes de íons focados. Para recuperar as informações armazenadas, excitamos os defeitos V Si com um laser de 785 nm usado em drives de CD e detectamos seu PL. Em seguida, aplicamos esquemas de codificação em escala de cinza de dois e oito bits com base na intensidade PL para armazenar texto e imagens, respectivamente. As imagens são armazenadas em duas camadas e nossas estimativas mostram que até dez camadas podem ser lidas sem interferência. Neste caso, a densidade de armazenamento projetada está na faixa de dezenas de Gbit/pol 2 , o que é comparável com discos HD DVD e Blu-ray. A extrapolação do tempo de decaimento do PL ativado termicamente aponta para um tempo de armazenamento extremamente longo. Para superar o limite de difração, demonstramos então que CL pode ser usado em vez de PL para ler bits codificados em defeitos V Si opticamente ativos. Para examinar a resolução espacial, que determina a densidade de armazenamento de área, escrevemos um código de barras em 4H-SiC usando HIM e lemos usando CL. Embora a resolução espacial do CL de cerca de 360 ​​nm seja melhor do que no caso do PL, ela é limitada pelo espalhamento de íons e elétrons durante os processos de gravação e leitura, respectivamente. Ao reduzir a espessura da camada de gravação para 50 nm, a resolução espacial pode ser significativamente melhorada, proporcionando o limite teórico da densidade de armazenamento de cerca de 300 Gbit/in 2 . Nossa abordagem não se limita ao SiC e pode ser estendida a outros materiais com defeitos opticamente ativos, incluindo materiais 2D como WS 2  e hBN.  4 Seção Experimental
Amostras As amostras de 4H-SiC foram adquiridas da STMicroelectronics (anteriormente Norstel). Para os experimentos de PL, foi utilizado um wafer 4H-SiC semi-isolante de alta pureza (HPSI). Para os experimentos de CL, foi utilizada uma camada epitaxial de 4H-SiC tipo p (nível de dopagem 1 × 10 17  cm -3 ) com espessura de 250 nm, cultivada em um substrato 4H-SiC tipo n. Um substrato condutor foi necessário para descarregar a amostra quando ela foi exposta ao feixe de elétrons em experimentos de CL. Microscópio Confocal As medições de PL foram realizadas à temperatura ambiente sob condições de vácuo, utilizando um microscópio confocal caseiro. Um laser acoplado a fibra de 785 nm de onda contínua (Thorlabs, LP785-SF20) foi enviado através de um filtro passa-faixa de 785 nm com uma janela de transmissão de 10 nm (AHF Analysentechnik AG, ZET785/10) e focado na amostra usando um objetiva do microscópio com NA = 0,81 otimizada para a faixa espectral NIR. A potência do laser foi controlada usando um atenuador de fibra óptica variável em linha (Thorlabs, VOA780-FC) e ajustada para aproximadamente 6 mW. Utilizando um sistema de nanoposicionamento de circuito fechado (attocube, ANPx311) ancorado ao porta-amostras, foram realizadas varreduras raster PL confocal 2D dos padrões HIM espacialmente seletivos. Para as varreduras PL em profundidade, foi considerado o índice de refração de SiC n SiC = 2,6. A emissão NIR do V Si foi coletada pela mesma objetiva enquanto os resíduos da luz laser foram limpos por um conjunto de dois filtros passa-longa de 800 nm (Thorlabs, FELH0800). O PL foi alimentado em um detector de fóton único de nanofio supercondutor acoplado a fibra de banda larga (Single Quantum) para medições de PL espectralmente integradas ou acoplado a um espectrômetro equipado com um Si-CCD (Andor Technology, iVac 324 FI) para medições de PL seletivas de comprimento de onda . Implantação de feixe de íons focado Os experimentos com feixe de prótons foram realizados nas instalações de irradiação TIARA da QST Takasaki, Japão. O acelerador de partículas de extremidade única de 3 MV foi utilizado para gerar um feixe focalizado estável com tamanho típico de 1 × 1 µm 2 , que foi estimado na estação final por imagens de elétrons secundários em uma malha de cobre. A estação final foi equipada com um estágio de precisão de dois eixos (Canon Precision) e controlou a posição do wafer SiC. A corrente do feixe através do porta-amostras foi monitorada durante a irradiação para registrar flutuações e desvios da corrente e fluência pretendidas, enquanto as correntes precisas do feixe foram avaliadas antes e depois do experimento de irradiação por um copo de Faraday conectado a um picômetro. Toda a irradiação com feixe de íons He foi realizada em um Carl Zeiss Orion NanoFAB. A máquina possui vários complementos, incluindo um supressor rápido capaz do comprimento de pulso ultracurto mencionado acima, que também é usado para TOF-SIMS.  Salvo indicação em contrário, uma pressão de hélio de2×10−6mbar, foi utilizada uma abertura de 10 µm, número de controle de ponto 4 e tensão de aceleração de 25 kV. Para reduzir a irradiação não intencional por átomos de He energéticos neutros, todos os padrões de irradiação foram colocados pelo menos 50 µm (normalmente 100 µm) fora do eixo da coluna óptica de íons. Catodoluminescência O sistema de detecção óptica comercialmente disponível (delmic SPARC) utilizado para as medições de CL foi acoplado a um microscópio eletrônico de varredura (scienta omicron NanoSAM Lab). A amostra foi montada em um sistema de microposicionamento controlado por piezo. O feixe de elétrons foi direcionado através de uma abertura micrométrica do espelho parabólico e focado na superfície da amostra até um tamanho de ponto abaixo de 10 nm. Um sinal CL foi emitido quando o feixe contínuo de elétrons de 5 keV (1 nA) excita V Si no ponto focal do espelho parabólico. A resposta CL foi coletada pelo mesmo espelho parabólico e acoplada a fibra (Thorlabs,
FG300AEA) a um Si-APD (Thorlabs, APD440A) para medições CL espectralmente integradas ou acoplada a um espectrômetro equipado com uma câmera Si-CMOS (Andor Technology , Zyla 5.5 sCMOS) para medições CL seletivas de comprimento de onda. Mapas de intensidade CL 2D foram obtidos escaneando o feixe de elétrons lateralmente através do padrão HIM. Para evitar contribuições de outros defeitos luminescentes na faixa espectral visível, o sinal CL foi filtrado em passagem longa a 830 nm (Semrock, LP02-830RE-25). Todas as medições de CL foram realizadas à temperatura ambiente sob condições de vácuo. Reconhecimentos VD e GVA reconheceram o apoio financeiro do Cluster de Excelência em Complexidade e Topologia em Matéria Quântica de Würzburg-Dresden ct.qmat (EXC 2147, ID de projeto DFG 390858490). TO reconheceu o apoio do MEXT Q-LEAP JPMXS0118067395. M. Ho. obrigado Helmut Schultheiss pela assistência com o Blender na preparação dos esquemas na Figura  1a . GH e LB são membros da Ação COST FIT4NANO CA19140 http://www.fit4nano.eu. HK realizou trabalhos no Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, sob contrato com a Nastional Aeronautics and Space Administration (80NM0018D0004). O apoio do Ion Beam Center (IBC) nas instalações de irradiação HZDR e TIARA da QST Takasaki é reconhecido com gratidão pela implantação iônica. Financiamento de acesso aberto habilitado e organizado pelo Projekt DEAL. Conflito de interesses Os autores declaram não haver conflito de interesses.
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gwsnet · 5 months
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Há uma necessidade urgente de aumentar a capacidade global de armazenamento de dados, uma vez que as abordagens atuais ficam aquém do crescimento exponencial da geração de dados impulsionada pela Internet, pelas redes sociais e pelas tecnologias de nuvem. Além de aumentar a densidade de armazenamento, as novas soluções deverão fornecer arquivamento de dados de longo prazo que vai muito além da tradicional memória magnética, discos ópticos e unidades de estado sólido. Aqui, é proposto um conceito de arquivamento de dados de alta densidade, ultralongo e com eficiência energética, baseado em defeitos de tamanho atômico opticamente ativos em um material resistente à radiação, o carboneto de silício (SiC). A informação é escrita nesses defeitos por feixes de íons focados e lida usando fotoluminescência ou catodoluminescência. A desativação desses defeitos dependente da temperatura sugere um tempo de retenção mínimo ao longo de algumas gerações sob condições ambientais. Com excitação de laser infravermelho próximo, codificação em escala de cinza e armazenamento de dados multicamadas, a densidade de área corresponde à dos discos Blu-ray. Além disso, é demonstrado que a limitação da densidade de área dos meios ópticos convencionais de armazenamento de dados devido à difração da luz pode ser superada pela excitação por feixe de elétrons focalizado. 1 Introdução Em 2012, a quantidade de dados digitais no mundo ultrapassou um Zettabyte (ZB ou 10 21 bytes), indicando o início da Era Zettabyte. Os dados gerados globalmente estão aumentando continuamente e espera-se que sejam superiores a 100 ZB/ano até 2025.  O consumo de energia dos data centers equivale a cerca de 1% da produção global de eletricidade; este número poderá aumentar para 3–13% até 2030.  O tempo de armazenamento limitado exige a migração de dados dentro de vários anos para evitar qualquer perda de dados. Isto aumenta substancialmente o consumo de energia, porque uma quantidade significativa de energia é consumida durante essa migração de dados.  A demanda por redução do consumo de energia, prolongamento do tempo de armazenamento e aumento da capacidade de big data levou a uma melhoria contínua das tecnologias atuais, como mídia magnética, discos ópticos e unidades de estado sólido. A memória magnética é a principal escolha para arquivamento de dados devido à sua grande capacidade de armazenamento. Um protótipo de fita magnética desenvolvido recentemente mostra um desempenho de gravação com uma densidade de armazenamento de área de 317,3 Gbit/in 2 .  O aumento da densidade de armazenamento requer a diminuição do tamanho da partícula magnética. Neste caso, as flutuações térmicas e os processos de difusão tornam-se significativos, resultando numa diminuição do tempo de armazenamento. Isto pode ser superado usando materiais com maior coercividade, o que por sua vez leva a uma maior energia necessária para armazenar um bit magnético. Por outro lado, os discos ópticos podem fornecer um tempo de armazenamento aparentemente ilimitado.  No entanto, o limite de difração restringe o menor bit de gravação à metade do comprimento de onda da luz, o que por sua vez limita a capacidade máxima de armazenamento. Usando gravação óptica multidimensional (isto é, múltiplas camadas dentro do meio, domínio espectral, codificação em escala de cinza, etc.), a capacidade de armazenamento por volume pode ser aumentada drasticamente.  Nos conceitos demonstrados, o registro óptico multidimensional é baseado na modificação do material utilizando pulsos de laser ultracurtos.  A energia necessária para escrever um único bit nessas abordagens está acima de 100 nJ/bit. Este valor é muitas ordens de magnitude maior do que para unidades de disco magnético e unidades de estado sólido, que está na faixa de 1 pJ/bit e 100 fJ/bit, respectivamente. Esses valores podem ser melhorados ainda mais reduzindo a carga de calor.  Por outro lado, o armazenamento óptico de dados não precisa ser atualizado e, portanto, não consome energia no estado ocioso.
No caso de arquivamento de dados a longo prazo, existe um compromisso entre a energia necessária para escrever um único bit e o tempo de vida do armazenamento.  Outras abordagens para armazenamento de dados de ultra-alta densidade estão em desenvolvimento. Particularmente, o armazenamento digital de dados DNA fornece a maior densidade de armazenamento por volume. Em uma abordagem alternativa, as memórias de tamanho atômico têm a maior densidade de armazenamento de área.  No entanto, os horários para escrever e ler nestes dois casos são atualmente impraticáveis. Particularmente, a velocidade de gravação está entre 0,8 e 0,07 bit/s no caso de memória de tamanho atômico. Os centros de cores no estado sólido constituem um tipo alternativo de armazenamento em escala atômica. De facto, foi demonstrado o armazenamento de dados utilizando os centros de vacância de azoto (NV) no diamante. A codificação de bits é realizada usando controle de estado de carga com luz laser e a leitura é realizada via fotoluminescência (PL). No entanto, os padrões de bits são armazenados nos centros NV por apenas mais de uma semana no escuro, o que não é suficiente para uso prático. Aqui, propomos um conceito de armazenamento de dados WORM (write once read many) de longo prazo baseado em carboneto de silício (SiC), conforme mostrado esquematicamente na Figura . O SiC hospeda centros de cores em escala atômica, especialmente a vacância de silício (VSi ) , ou seja, a ausência de átomo de silício no sítio da rede. Possui uma ampla banda PL à temperatura ambiente na faixa espectral do infravermelho próximo (NIR). Os defeitos V Si são criados por um feixe focado de prótons ou íons de hélio, proporcionando alta resolução espacial, rápida velocidade de gravação e baixa energia para armazenar um único bit. O limite de difração da densidade de armazenamento inerente à mídia óptica é superado pelos esquemas de codificação 4D. Nestes esquemas, as três dimensões espaciais e a quarta dimensão de intensidade adicional (codificação em escala de cinza) são realizadas controlando a posição lateral e a profundidade, bem como o número de defeitos V Si através da energia iônica e da fluência, respectivamente. Um microscópio confocal de varredura PL é usado para ler opticamente os dados armazenados. Alternativamente, o uso de catodoluminescência (CL) em vez de PL pode melhorar drasticamente a densidade de armazenamento de área. [caption id="attachment_87019" align="aligncenter" width="633"] Um conceito de armazenamento óptico de dados de longo prazo em SiC. a) A informação é escrita em defeitos atômicos opticamente ativos por um feixe de íons focado e lida usando o defeito PL ou CL. O comprimento de onda de excitação é 785 nm. b) Espectro PL típico em HPSI SiC cultivado e após irradiação iônica. c) O decaimento da intensidade de V Si PL em diferentes temperaturas. As linhas sólidas são adequadas para exp (− t /τ) e as linhas tracejadas representam extrapolação para um tempo de recozimento mais longo t . d) Gráfico de Arrhenius da taxa de decaimento PL 1/τ. A área sombreada ao redor da linha sólida representa a tolerância dos valores extrapolados. À temperatura ambiente, as informações em V Si podem ser armazenadas por mais de dez milhões de anos.[/caption] 2 Resultados e Discussão Para nossos estudos, utilizamos wafers comerciais de 4H-SiC. Para criar vagas atômicas, realizamos irradiação de prótons com fluência de 1 × 10 15  cm −2 . Em seguida, medimos PL de V Si na faixa espectral de 800 a 1000 nm sob excitação ideal a 785 nm.  Os espectros de PL à temperatura ambiente na amostra cultivada e medidos após a irradiação são mostrados na Figura   , indicando uma ativação clara de defeitos V Si opticamente ativos sem qualquer tratamento pós-irradiação. Além disso, realizamos experimentos de ressonância magnética detectada opticamente (ODMR) em áreas implantadas ( Informações de Apoio ). A observação do pico ODMR a 70 MHz é uma indicação clara dos defeitos V Si no 4H-SiC. 
2.1 Tempo de armazenamento Está bem estabelecido que a temperatura ideal de recozimento para curar a rede dos danos da irradiação e simultaneamente preservar o V Si está na faixa de 500 - 600°C.  Em temperaturas de recozimento mais altas, os defeitos V Si são rapidamente removidos. Investigamos agora em detalhes a dependência da intensidade PL integrada no tempo de duração do recozimento t para diferentes temperaturas de recozimento T . Para curar o cristal dos danos da irradiação, partimos de baixas temperaturas de recozimento em etapas de 100°C e duração de 90 min em cada etapa. Todos os experimentos de recozimento são realizados em atmosfera Ar. O recozimento leva a um aumento inicial da intensidade do PL em aproximadamente 52%. Quando observamos que o PL começa a cair a 640°C, paramos para aumentar a temperatura e realizamos várias séries de experimentos de recozimento em temperaturas mais baixas, variando o tempo de recozimento. No início de cada série de temperaturas, os valores de temperatura adequados e os tempos de recozimento associados são determinados pelo teste. Na etapa final, realizamos o recozimento a uma temperatura mais elevada de 900°C até o completo desaparecimento do PL e confirmação do decaimento mono-exponencial. Para aumentar a precisão e garantir a repetibilidade da alteração relativa do PL, todas as medições de recozimento são realizadas na mesma amostra e na mesma área. O histórico completo de recozimento da amostra é apresentado nas Informações de Apoio. A tendência geral é que quanto menor a temperatura de recozimento, maior será o tempo de recozimento necessário para observar quaisquer alterações de PL . Notavelmente, mesmo a T = 400°C, uma diminuição muito pequena, mas diferente de zero, na intensidade de PL é detectável durante um longo tempo de recozimento de 6 h.  A temperatura mais alta T = 900°C é escolhida como a última das quatro séries de recozimento, de modo que são necessários tempos de recozimento curtos na faixa de minutos para observar decaimento PL significativo. Finalmente, os experimentos desta série são realizados até que nenhum defeito V Si opticamente ativo seja mais observado. O recozimento a 900°C mostra um decaimento exponencial completo, que pode ser ajustado para exp (− t /τ), como mostrado pela linha sólida na Figura. Para temperaturas de recozimento mais baixas, a variação do PL é pequena e o ajuste é dado pelo primeiro termo do expoente da expansão de Taylor 1 − t /τ. A dependência do tempo de decaimento PL τ com a temperatura é determinada pela energia de ativação E a , de acordo com a lei de Arrhenius  aqui, k B é a constante de Boltzmann. O gráfico de Arrhenius de 1/τ em função da temperatura é apresentado na Figura. A partir do ajuste à Equação, obtemos E a = 860 ± 10 meV. Para efeito de comparação, a energia térmica à temperatura ambiente é de 26 meV. Com o fator de frequência A = 1,6 ± 0,1 Hz, extrapolamos o tempo de decaimento do PL para τ = 1,1 × 10 7  anos à temperatura ambiente T = 22°C e τ = 0,9 × 10 4  anos no ponto de ebulição da água sob pressão padrão T = 100ºC. A extrapolação durante um período tão longo resulta em um erro muito grande. Mas obviamente, o meio de informação baseado nos defeitos V Si no SiC pode preservar a informação ao longo de algumas gerações, ou seja, no mínimo algumas centenas de anos. 2.2 Armazenamento de dados com codificação em escala de cinza A seguir, registramos o texto “E pur si muove - Embora ele se mova” de Galileo Galilei em defeitos V Si opticamente ativos . Para realizar a gravação digital, convertemos este texto para a representação hexadecimal do código ASCII, conforme descrito nas Informações de Apoio. Criamos defeitos V Si usando um microfeixe de prótons focado em um ponto redondo de aproximadamente 1 µm de diâmetro.  Um esquema de codificação de dois bits é usado para cada pixel de implantação. Implantamos 4 × 10 6 prótons para escrever 01 e, correspondentemente, dobramos e triplicamos esse valor para escrever 10 e 11.
A ausência de implantação corresponde a 00. Nenhum recozimento pós-implantação é realizado e os dados podem ser lidos imediatamente após a gravação . Para recuperar o fluxo digital gravado, usamos um microscópio confocal de varredura caseiro, conforme apresentado na Figura  . Os defeitos V Si são excitados com um laser de 785 nm e o PL integrado é medido com um detector de fóton único de silício após filtragem com um filtro passa-longo de 800 nm. A Figura  mostra o V Si PL ao longo de uma das trilhas de dados, onde as diferentes taxas de contagem para os quatro estados lógicos 00, 01, 10 e 11 são claramente vistas. A Figura  mostra as estatísticas da taxa de contagem de PL para todos os pixels. Observamos que a largura total na metade do máximo (FWHM) de 1,6 µm é dada pela convolução do tamanho real do pixel e do tamanho do ponto do laser, sendo ambos de cerca de 1 µm. Notamos também que embora o tamanho do pixel possa ser significativamente reduzido, a resolução espacial do padrão óptico não pode ser significativamente melhorada devido ao limite de difração dado pelo comprimento de onda do laser. Podem ser vistos quatro máximos que identificamos com os quatro estados lógicos. Por fim restauramos o texto “E pur si i uove - Albe Y t it does move”. Dos 294 bits registrados, detectamos apenas dois erros de bits, levando a dois caracteres errados (destacados em negrito). Esses erros são devidos a alguma variação na intensidade do PL e podem ser corrigidos usando bits redundantes como referência para taxas de contagem. [caption id="attachment_87024" align="aligncenter" width="1000"] Armazenamento óptico de dados em SiC usando codificação em escala de cinza. a) Um exemplo de fluxo digital com codificação de dois bits por pixel. A barra de escala é 10 µm. b) Taxa de contagem de fótons do V Si PL registrada ao longo de uma das trilhas de dados. Quatro níveis de taxa de contagem representam os estados lógicos de dois bits 00, 01, 10 e 11. c) Estatísticas da taxa de contagem PL sobre todos os pixels.[/caption] Para aumentar a capacidade de armazenamento, demonstramos a codificação multicamadas conforme apresentado esquematicamente na Figura  . Usamos wafers comerciais de SiC e registramos mapas da Terra em diferentes épocas geológicas. Primeiro, esses mapas são convertidos em imagens em tons de cinza de oito bits (Supporting Information) com distância entre pixels de 80 nm. Os íons He com uma energia de 25 keV são focados em um tamanho de ponto de aproximadamente 1 nm na superfície da amostra em um microscópio de íons de hélio (HIM). Para encontrar as condições ideais de gravação, realizamos uma série de experimentos com diferentes fluências de implantação, conforme descrito nas Informações de Apoio. Descobrimos que a intensidade de V Si PL aumenta quase linearmente até uma fluência de Φ max = 1 × 10 13  cm −2 . Ele satura em 5 × 10 13  cm −2 e depois cai devido ao dano induzido por íons na estrutura cristalina do SiC. A escala de cinza para escrita de feixe de íons focado  é escolhida de forma que o estado lógico máximo de 8 bits seja codificado com Φ max σ HIM . Aqui, σ HIM é a área determinada pelo desvio lateral obtido na simulação SRIM (Stopping and Range of Ions in Matter). Outros estados de bits diminuem linearmente com a fluência de implantação. [caption id="attachment_87023" align="aligncenter" width="633"] Armazenamento óptico de dados em SiC usando codificação multicamada. a) Um esquema do meio de armazenamento óptico com camadas de dados de cerca de 250 nm de espessura, separadas por espaçadores transparentes. b) Varreduras PL confocal em profundidade através de dois pontos. Os pontos são selecionados de forma que a fluência de irradiação seja a mesma na camada dois e diferente na camada um. Devido à absorção insignificante do laser de excitação e do V Si PL no SiC, não há interferência entre as camadas. c) Um mapa da Terra de 240 milhões de anos atrás armazenado/recuperado da camada um. Uma codificação em escala
de cinza de oito bits é usada pela escrita de feixe de íons e uma codificação de três bits é reinstaurada pela leitura óptica. d) Um mapa da Terra hoje armazenado/recuperado da camada dois. A taxa de contagem de fundo de 50k cps causada pelo V Si residual é subtraída em (c, d). A taxa de contagem de 87,5 mil cps corresponde a um nível da codificação em escala de cinza de três bits.[/caption] Depois de escrever mapas individuais da Terra em wafers de SiC separados, eles são empilhados juntos (Figura  3a ). Em seguida, usamos uma configuração confocal para recuperar os mapas armazenados. Varreduras detalhadas através de diferentes pontos são mostradas na Figura  3b . O espaçador transparente nessas varreduras é dado pela espessura do wafer de 250 µm. Considerando a resolução de profundidade de 60 µm juntamente com a distância de trabalho da objetiva de 700 µm, concluímos que até dez camadas podem ser recuperadas sem interferência. Isso se deve ao fraco coeficiente de absorção de SiC nos comprimentos de onda de excitação e V Si PL, que são maiores que 380 nm, correspondendo ao bandgap 4H-SiC. Os mapas recuperados de duas camadas separadas por um espaçador são apresentados nas Figuras  3c e d . Aqui, usamos codificação de 3 bits para reconstruir os mapas. Como a separação de pixels no desenho do projeto é muito menor do que a resolução espacial óptica e a codificação de escrita é mais precisa do que a codificação de leitura, muitos detalhes são calculados em média (Informações de Suporte). Por esta razão, não podemos estimar a precisão da leitura da Figura  3 . Agora estimamos o limite de densidade de armazenamento da nossa gravação 4D. A resolução óptica lateral é dada pelo critério de Rayleigh 1,22λ/NA, onde λ = 785 nm é o comprimento de onda de excitação e NA = 0,81 é a abertura numérica da objetiva. Consideramos então dez camadas e codificação em escala de cinza de três bits para a terceira e quarta dimensões, respectivamente. Finalmente, obtemos uma densidade de armazenamento de 75 Gbit/in2 para dez camadas. 2.3 Leitura de Catodoluminescência O limite de difração do tamanho mínimo do ponto sob excitação óptica é muito maior que a área implantada no HIM. A Figura  4a mostra uma simulação SRIM da distribuição lateral e profunda dos defeitos V Si criados por íons He com energia de 25 keV. A profundidade de penetração dos íons He com esta energia é de cerca de 250 nm. Devido ao espalhamento lateral de íons dentro da camada de SiC, a área implantada tem cerca de σ HIM ≈200 nm de diâmetro. Para aumentar a resolução espacial, propomos usar CL em vez de PL. A Figura  4b mostra o desgarrado de elétrons com energia de 5 keV em SiC, simulado com o software CASINO (monte CARlo SIMulation of electroN path in sOlids). O desvio lateral é de cerca de σ CL ≈ 300 nm. Embora os elétrons com essa energia penetrem no SiC ao longo de vários µm, a simulação da profundidade é limitada a uma profundidade de 250 nm, que é a espessura da camada epitaxial de SiC usada em nossos experimentos de CL. Observamos que a leitura multicamadas não é possível neste caso. [caption id="attachment_87025" align="aligncenter" width="1000"] Armazenamento de dados em SiC com leitura CL. a) Simulação SRIM da criação de V Si com implantação de He com energia de pouso de 25 keV indicando desgarrado longitudinal e lateral. b) Simulação CASINO do espalhamento longitudinal e lateral de elétrons com energia de 5 keV. c) Mapa de intensidade CL do código de barras escrito com HIM. d) Espectro CL das áreas irradiadas e cultivadas. e) Leitura integrada da linha CL através do código de barras armazenado em c). As linhas sólidas são um ajuste multi-gaussiano. A inserção mostra o código de barras armazenado em (c).[/caption] Os espectros CL na faixa de 800 a 1000 nm são mostrados na Figura  4d . Há um sinal CL extremamente baixo em uma amostra cultivada em comparação com PL. A razão para isso é uma concentração cada vez mais baixa de defeitos de V Si nas camadas epitaxiais em comparação com os wafers HPSI usados ​​para PL (Seção Experimental).
Após a implantação de He a uma fluência de 5 × 10 13  cm −2 , o espectro CL tem a mesma posição de pico e largura espectral que o espectro PL da Figura  1b , demonstrando que os elétrons podem de fato excitar eficientemente os defeitos V Si . Em seguida, usamos o HIM para escrever um código de barras representado no encarte da Figura  4e . Este código de barras representa o número 916, correspondente à posição espectral de uma das linhas de fônons zero V Si em 4H-SiC. O código de barras foi criado usando linhas de pixel único com fluência de 70 íons/nm a uma energia de 25 keV usando uma corrente de íons de 0,5 pA. O código de barras recuperado com CL é apresentado na Figura  4c . Para ser espectralmente seletivo à emissão dos defeitos V Si , detectamos sinais de 800 nm (usando filtros passa-longo) a 1000 nm (dado pela sensibilidade espectral do detector de silício). Para analisar a resolução espacial, integramos o sinal ao longo das barras e traçamos a varredura linear através das barras, conforme mostrado na Figura  4e . A partir do ajuste multi-gaussiano, descobrimos que a largura total na metade do máximo (FWHM) das barras mais estreitas é de cerca de 420 nm, o que representa a resolução espacial. Este valor está em boa concordância com a resolução espacial lateral esperada dada pelo He combinado e pelo espalhamento de elétrons. De acordo com a Figura  4a,b , a resolução espacial pode ser significativamente melhorada se a profundidade de criação dos defeitos V Si for limitada a 50 nm. Isto pode ser realizado usando íons He com menor energia em combinação com camadas epitaxiais de SiC mais finas. O espalhamento lateral de íons e elétrons He é limitado, neste caso, a 30 e 40 nm, respectivamente, resultando em uma resolução espacial total de 50 nm. Corresponde à densidade de armazenamento para uma única camada próxima de 300 Gbit/in 2 , que é comparável à densidade de área de registro das fitas magnéticas mas com tempo de armazenamento muito maior e sem necessidade de migração de dados. Observamos que a densidade máxima de defeitos V Si opticamente ativos é 10 16  cm −3 ,  enquanto para concentrações mais altas a presença de canais de recombinação não radiativos devido a danos no cristal induzidos por irradiação suprime a emissão. Para tal densidade de volume, a distância média entre defeitos únicos de V Si é de 46 nm. Portanto, para atingir a densidade de armazenamento de área acima mencionada de 300 Gbit/in 2 , o único bit deve ser armazenado em um único ou em poucos defeitos V Si . A criação de um número único ou contável de defeitos V Si obedece à distribuição de Poisson. Para o valor médio de 1 V Si , a probabilidade de criar defeitos de 0 V Si é de cerca de 36,7% e a fidelidade de escrita correspondente é baixa. Porém, no limite de defeitos únicos ou poucos, a codificação binária é possível, onde o 0 lógico é representado pela ausência do sinal CL e o 1 lógico é representado pelo sinal CL diferente de zero dos defeitos V Si . Particularmente, se o valor médio for igual a 5 V Si , a probabilidade de criar um defeito de 0 V Si é inferior a 0,7%. A fidelidade de escrita correspondente definida estatisticamente estaria acima de 99,3% neste caso. O rendimento de criação de defeitos únicos de V Si usando íons He com uma energia de 6 keV é de 8,5%, o que corresponde em média a 12 íons He necessários para criar um (ou 5) centro (s) V Si . Com base nesses números, a energia mínima necessária para armazenar um único bit é estimada em 10 fJ (ou 50 fJ). Este valor não leva em consideração o consumo de energia necessário para manter a IHM funcionando. O consumo geral de energia aumenta com o número de bits e a velocidade de escrita/leitura, mas não existe tal escalonamento para a operação da HIM. Portanto, no limite de um número muito grande de bits, a energia consumida deve ser determinada pela necessária para escrever o bit individual. A velocidade de gravação alcançável é um critério importante para armazenamento de dados a longo prazo.
É limitado pela fluência necessária para a criação dos defeitos e pela corrente do feixe de íons. No entanto, este último está ligado ao tamanho do spot alcançável e, portanto, não pode ser aumentado indefinidamente. Se assumirmos uma fluência necessária de Φ He = 1,2 × 10 12  cm −2 e uma área de bits de 1000 nm 2 de acordo com os resultados apresentados acima, necessitamos da implantação de ≈12 íons He. No caso da HIM, podemos utilizar altas correntes na faixa de 2 pA, pois a resolução necessária pode ser facilmente alcançada. Nestas condições, a gravação de um único pixel requer apenas 100 ns. Portanto, nossa abordagem tem potencial para atingir uma velocidade de gravação de 10 Mbit/s (ignorando o tempo necessário para direção e atualização do feixe, que é apenas uma pequena correção). Essa velocidade de gravação é mais rápida do que em outras mídias ópticas de armazenamento de dados.  Defeitos opticamente ativos também podem ser alcançados com outros íons. Uma fonte de íons metálicos líquidos permitirá aumentar a corrente para alguns 10 nA. Desde que o tamanho do ponto de 40 nm possa ser mantido, isto resulta, no entanto, em tempos de permanência extremamente curtos, o que exigirá novos supressores de feixe de alta velocidade. Assumindo um supressor tão rápido, capaz de apagar e revelar o feixe em menos de 10 ns , uma corrente de 200 pA é necessária para atingir a fluência necessária Φ Ga . Em tal sistema FIB hipotético, velocidades de gravação de até 100 Mbit/s poderiam ser alcançadas. A velocidade de leitura é diretamente limitada pela taxa de emissão dos defeitos V Si . Para o armazenamento de dados ópticos 4D descrito na Figura   , o potencial limite superior da velocidade de leitura é de cerca de 100 kbit/s. É muito menor se bits únicos forem armazenados em defeitos únicos de V Si , estando na faixa de apenas 1 kbit/s. Alguns outros centros de cores em SiC demonstram PL muito forte, que pode fornecer velocidade de leitura de defeitos únicos superior a 1 Mbit/s.  Alternativamente, a taxa de contagem e, correspondentemente, a velocidade de leitura podem ser significativamente melhoradas coletando PL da face m do cristal de SiC  ou coletando CL de nanocristais de SiC  depositados em uma superfície condutora espelhada. 3 Conclusão Demonstramos armazenamento de dados ultralongo e de alta densidade baseado em defeitos V Si , que são criados por feixes de íons focados. Para recuperar as informações armazenadas, excitamos os defeitos V Si com um laser de 785 nm usado em drives de CD e detectamos seu PL. Em seguida, aplicamos esquemas de codificação em escala de cinza de dois e oito bits com base na intensidade PL para armazenar texto e imagens, respectivamente. As imagens são armazenadas em duas camadas e nossas estimativas mostram que até dez camadas podem ser lidas sem interferência. Neste caso, a densidade de armazenamento projetada está na faixa de dezenas de Gbit/pol 2 , o que é comparável com discos HD DVD e Blu-ray. A extrapolação do tempo de decaimento do PL ativado termicamente aponta para um tempo de armazenamento extremamente longo. Para superar o limite de difração, demonstramos então que CL pode ser usado em vez de PL para ler bits codificados em defeitos V Si opticamente ativos. Para examinar a resolução espacial, que determina a densidade de armazenamento de área, escrevemos um código de barras em 4H-SiC usando HIM e lemos usando CL. Embora a resolução espacial do CL de cerca de 360 ​​nm seja melhor do que no caso do PL, ela é limitada pelo espalhamento de íons e elétrons durante os processos de gravação e leitura, respectivamente. Ao reduzir a espessura da camada de gravação para 50 nm, a resolução espacial pode ser significativamente melhorada, proporcionando o limite teórico da densidade de armazenamento de cerca de 300 Gbit/in 2 . Nossa abordagem não se limita ao SiC e pode ser estendida a outros materiais com defeitos opticamente ativos, incluindo materiais 2D como WS 2  e hBN.  4 Seção Experimental
Amostras As amostras de 4H-SiC foram adquiridas da STMicroelectronics (anteriormente Norstel). Para os experimentos de PL, foi utilizado um wafer 4H-SiC semi-isolante de alta pureza (HPSI). Para os experimentos de CL, foi utilizada uma camada epitaxial de 4H-SiC tipo p (nível de dopagem 1 × 10 17  cm -3 ) com espessura de 250 nm, cultivada em um substrato 4H-SiC tipo n. Um substrato condutor foi necessário para descarregar a amostra quando ela foi exposta ao feixe de elétrons em experimentos de CL. Microscópio Confocal As medições de PL foram realizadas à temperatura ambiente sob condições de vácuo, utilizando um microscópio confocal caseiro. Um laser acoplado a fibra de 785 nm de onda contínua (Thorlabs, LP785-SF20) foi enviado através de um filtro passa-faixa de 785 nm com uma janela de transmissão de 10 nm (AHF Analysentechnik AG, ZET785/10) e focado na amostra usando um objetiva do microscópio com NA = 0,81 otimizada para a faixa espectral NIR. A potência do laser foi controlada usando um atenuador de fibra óptica variável em linha (Thorlabs, VOA780-FC) e ajustada para aproximadamente 6 mW. Utilizando um sistema de nanoposicionamento de circuito fechado (attocube, ANPx311) ancorado ao porta-amostras, foram realizadas varreduras raster PL confocal 2D dos padrões HIM espacialmente seletivos. Para as varreduras PL em profundidade, foi considerado o índice de refração de SiC n SiC = 2,6. A emissão NIR do V Si foi coletada pela mesma objetiva enquanto os resíduos da luz laser foram limpos por um conjunto de dois filtros passa-longa de 800 nm (Thorlabs, FELH0800). O PL foi alimentado em um detector de fóton único de nanofio supercondutor acoplado a fibra de banda larga (Single Quantum) para medições de PL espectralmente integradas ou acoplado a um espectrômetro equipado com um Si-CCD (Andor Technology, iVac 324 FI) para medições de PL seletivas de comprimento de onda . Implantação de feixe de íons focado Os experimentos com feixe de prótons foram realizados nas instalações de irradiação TIARA da QST Takasaki, Japão. O acelerador de partículas de extremidade única de 3 MV foi utilizado para gerar um feixe focalizado estável com tamanho típico de 1 × 1 µm 2 , que foi estimado na estação final por imagens de elétrons secundários em uma malha de cobre. A estação final foi equipada com um estágio de precisão de dois eixos (Canon Precision) e controlou a posição do wafer SiC. A corrente do feixe através do porta-amostras foi monitorada durante a irradiação para registrar flutuações e desvios da corrente e fluência pretendidas, enquanto as correntes precisas do feixe foram avaliadas antes e depois do experimento de irradiação por um copo de Faraday conectado a um picômetro. Toda a irradiação com feixe de íons He foi realizada em um Carl Zeiss Orion NanoFAB. A máquina possui vários complementos, incluindo um supressor rápido capaz do comprimento de pulso ultracurto mencionado acima, que também é usado para TOF-SIMS.  Salvo indicação em contrário, uma pressão de hélio de2×10−6mbar, foi utilizada uma abertura de 10 µm, número de controle de ponto 4 e tensão de aceleração de 25 kV. Para reduzir a irradiação não intencional por átomos de He energéticos neutros, todos os padrões de irradiação foram colocados pelo menos 50 µm (normalmente 100 µm) fora do eixo da coluna óptica de íons. Catodoluminescência O sistema de detecção óptica comercialmente disponível (delmic SPARC) utilizado para as medições de CL foi acoplado a um microscópio eletrônico de varredura (scienta omicron NanoSAM Lab). A amostra foi montada em um sistema de microposicionamento controlado por piezo. O feixe de elétrons foi direcionado através de uma abertura micrométrica do espelho parabólico e focado na superfície da amostra até um tamanho de ponto abaixo de 10 nm. Um sinal CL foi emitido quando o feixe contínuo de elétrons de 5 keV (1 nA) excita V Si no ponto focal do espelho parabólico. A resposta CL foi coletada pelo mesmo espelho parabólico e acoplada a fibra (Thorlabs,
FG300AEA) a um Si-APD (Thorlabs, APD440A) para medições CL espectralmente integradas ou acoplada a um espectrômetro equipado com uma câmera Si-CMOS (Andor Technology , Zyla 5.5 sCMOS) para medições CL seletivas de comprimento de onda. Mapas de intensidade CL 2D foram obtidos escaneando o feixe de elétrons lateralmente através do padrão HIM. Para evitar contribuições de outros defeitos luminescentes na faixa espectral visível, o sinal CL foi filtrado em passagem longa a 830 nm (Semrock, LP02-830RE-25). Todas as medições de CL foram realizadas à temperatura ambiente sob condições de vácuo. Reconhecimentos VD e GVA reconheceram o apoio financeiro do Cluster de Excelência em Complexidade e Topologia em Matéria Quântica de Würzburg-Dresden ct.qmat (EXC 2147, ID de projeto DFG 390858490). TO reconheceu o apoio do MEXT Q-LEAP JPMXS0118067395. M. Ho. obrigado Helmut Schultheiss pela assistência com o Blender na preparação dos esquemas na Figura  1a . GH e LB são membros da Ação COST FIT4NANO CA19140 http://www.fit4nano.eu. HK realizou trabalhos no Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, sob contrato com a Nastional Aeronautics and Space Administration (80NM0018D0004). O apoio do Ion Beam Center (IBC) nas instalações de irradiação HZDR e TIARA da QST Takasaki é reconhecido com gratidão pela implantação iônica. Financiamento de acesso aberto habilitado e organizado pelo Projekt DEAL. Conflito de interesses Os autores declaram não haver conflito de interesses.
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Download ilimitado no Mega
O Mega é um serviço de armazenamento em nuvem popular, conhecido por sua generosa oferta de espaço para seus usuários. Além disso, ele também oferece a possibilidade de download ilimitado para aqueles que utilizam sua plataforma.
Com o download ilimitado no Mega, os usuários podem baixar uma quantidade significativa de arquivos sem se preocupar com limitações ou restrições. Isso é especialmente vantajoso para quem precisa transferir grandes volumes de dados de forma rápida e eficiente.
Para ter acesso ao download ilimitado no Mega, basta criar uma conta gratuita na plataforma e começar a utilizar os seus serviços. Com uma interface amigável e fácil de usar, o Mega torna o processo de upload e download de arquivos simples e intuitivo.
Além disso, o Mega também oferece recursos de segurança avançados, como criptografia de ponta a ponta, garantindo a privacidade e a proteção dos dados dos seus usuários. Com isso, os usuários podem compartilhar e armazenar arquivos com tranquilidade, sabendo que suas informações estão seguras.
Em resumo, o download ilimitado no Mega é uma excelente opção para quem busca uma solução de armazenamento em nuvem eficiente, segura e acessível. Com sua ampla capacidade de armazenamento e recursos avançados, o Mega se destaca como uma das melhores opções do mercado para quem quer manter seus arquivos sempre acessíveis e protegidos.
VPN para baixar no Mega
As VPNs são uma ferramenta essencial para quem deseja proteger sua privacidade e segurança online. No caso de baixar arquivos no Mega, um serviço de armazenamento em nuvem popular, o uso de uma VPN é altamente recomendado.
Ao utilizar uma VPN ao baixar arquivos no Mega, você pode ocultar seu endereço IP real e criptografar sua conexão com a internet. Isso impede que terceiros, como hackers ou seu provedor de serviços de Internet, monitorem suas atividades online e rastreiem os arquivos que você está baixando.
Além da segurança, uma VPN também pode contornar restrições geográficas. Dependendo do local em que você está, pode ser que certos arquivos no Mega estejam bloqueados ou indisponíveis. Com uma VPN, você pode simular uma localização diferente e acessar conteúdos que de outra forma não estariam acessíveis.
É importante escolher uma VPN confiável e segura para garantir a proteção de seus dados e informações pessoais. Existem várias opções disponíveis no mercado, com diferentes recursos e preços. Antes de baixar uma VPN para utilizar no Mega, certifique-se de pesquisar e escolher aquela que melhor atende às suas necessidades.
Em resumo, o uso de uma VPN ao baixar arquivos no Mega é uma medida importante para proteger sua privacidade online, evitar rastreamento de atividades e contornar restrições geográficas. Invista na segurança de suas informações e desfrute de uma navegação mais segura e privada na internet.
Tutorial baixar ilimitado com VPN
Para os utilizadores que desejam baixar conteúdo de forma ilimitada e segura, o uso de uma VPN (Rede Virtual Privada) pode ser uma excelente solução. Uma VPN permite que os utilizadores naveguem na internet de forma anónima, protegendo a sua privacidade e dados pessoais. Além disso, uma VPN pode contornar restrições geográficas, permitindo o acesso a conteúdos bloqueados em determinadas regiões.
Para baixar ilimitadamente com uma VPN, o primeiro passo é escolher um provedor de VPN confiável e seguro. Existem várias opções disponíveis no mercado, por isso é importante fazer uma pesquisa e ler avaliações antes de tomar uma decisão.
Após instalar a VPN no seu dispositivo, basta conectar-se a um servidor seguro. Isso irá criptografar a sua conexão e mascarar o seu endereço IP, tornando-o anónimo enquanto baixa conteúdo.
É importante salientar que o uso de uma VPN não justifica a violação de direitos autorais. Certifique-se sempre de baixar e partilhar conteúdo de forma legal e ética.
Em resumo, usar uma VPN para baixar conteúdo ilimitadamente pode ser uma ótima opção para proteger a sua privacidade e contornar restrições geográficas. Lembre-se de escolher um provedor confiável, conectar-se a um servidor seguro e agir sempre de acordo com a lei.
Aumentar limite de download no Mega
Muitos usuários do Mega, um popular serviço de armazenamento em nuvem, podem se deparar com a limitação de download imposta pela plataforma. Esse limite pode ser frustrante, especialmente quando se deseja baixar arquivos grandes ou vários arquivos de uma só vez. Felizmente, existem algumas maneiras de contornar essa limitação e aumentar o limite de download no Mega.
Uma maneira simples de aumentar o limite de download no Mega é adquirindo uma conta premium. Com uma assinatura paga, os usuários geralmente têm acesso a maiores limites de download e outras vantagens, como armazenamento extra e velocidades de transferência mais rápidas. Embora essa seja a opção mais direta, nem todos estão dispostos a investir em uma assinatura premium.
Outra opção é utilizar serviços de desbloqueio de limite de download. Existem várias ferramentas e sites online que prometem remover as restrições de download do Mega, permitindo que os usuários baixem quantos arquivos desejarem sem enfrentar limites. No entanto, é importante ter cuidado ao usar esses serviços, pois nem todos são confiáveis e podem representar riscos à segurança dos seus dados.
Em resumo, aumentar o limite de download no Mega pode ser feito através da assinatura de uma conta premium ou da utilização de serviços de desbloqueio. Antes de optar por uma dessas opções, avalie suas necessidades e pondere os possíveis riscos envolvidos. Assim, você poderá desfrutar de uma experiência mais fluida e eficiente ao baixar seus arquivos no Mega.
Baixar sem restrições no Mega
Ao baixar conteúdo no Mega, é possível se deparar com restrições que limitam a velocidade de download, o tamanho dos arquivos ou até mesmo a quantidade de downloads simultâneos. Porém, existem formas de contornar essas restrições e aproveitar ao máximo os recursos oferecidos pela plataforma.
Uma das maneiras de baixar sem restrições no Mega é utilizando uma conta premium, que oferece benefícios como velocidade de download ilimitada, espaço adicional na nuvem e a possibilidade de baixar vários arquivos ao mesmo tempo. Para quem faz uso frequente do serviço e necessita de agilidade e praticidade, essa pode ser uma opção vantajosa.
Outra alternativa é utilizar serviços de terceiros, como gerenciadores de download, que permitem acelerar o processo de download e burlar as restrições impostas pelo Mega. Essas ferramentas facilitam a organização dos arquivos baixados, possibilitam retomar downloads interrompidos e tornam a experiência de download mais eficiente.
É importante ressaltar que, independentemente da forma escolhida para baixar no Mega, é fundamental respeitar os direitos autorais e utilizar o conteúdo de forma ética e responsável. Ao usufruir dos recursos disponíveis na plataforma, é essencial seguir as diretrizes e termos de uso estabelecidos, garantindo assim uma experiência segura e positiva para todos os usuários.
Em resumo, baixar sem restrições no Mega requer conhecimento das opções disponíveis e o uso consciente das ferramentas adequadas. Com as estratégias corretas, é possível desfrutar da praticidade e da eficiência do serviço, maximizando o aproveitamento dos recursos oferecidos pela plataforma.
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Vantagens da VPN no PC
Uma VPN, ou Rede Virtual Privada, é uma ferramenta extremamente útil para proteger a sua privacidade e segurança online. Ao utilizar uma VPN no seu PC, você pode desfrutar de várias vantagens significativas.
Uma das principais vantagens de usar uma VPN no seu PC é a segurança aprimorada. Ao se conectar a uma rede Wi-Fi pública, por exemplo, os seus dados podem ser vulneráveis a hackers. Uma VPN cria um túnel criptografado entre o seu PC e o servidor VPN, protegendo assim os seus dados de possíveis ataques.
Além disso, uma VPN pode ajudar a contornar restrições geográficas. Muitos serviços de streaming, por exemplo, têm restrições regionais para determinado conteúdo. Com uma VPN, é possível simular estar em outro país, permitindo assim o acesso a conteúdos que de outra forma não estariam disponíveis na sua região.
Outra vantagem importante de usar uma VPN no seu PC é a privacidade aprimorada. As VPNs impedem que os provedores de serviços de Internet rastreiem a sua atividade online, garantindo assim uma maior privacidade ao navegar na internet.
Em resumo, as VPNs oferecem uma série de vantagens ao serem utilizadas no PC, incluindo segurança reforçada, acesso a conteúdos restritos e privacidade aprimorada. Considerando os riscos cada vez maiores presentes no ambiente online atual, o uso de uma VPN no PC se torna uma escolha inteligente para proteger-se de ameaças e garantir a sua privacidade enquanto navega na internet.
Limitações do Mega
O Mega é um serviço popular de armazenamento em nuvem que oferece aos usuários a capacidade de armazenar e compartilhar arquivos online. Apesar de suas muitas vantagens, o Mega também possui algumas limitações que os usuários devem estar cientes.
Uma das principais limitações do Mega é o limite de largura de banda imposta aos usuários gratuitos. Isso significa que os usuários podem encontrar restrições ao baixar ou enviar grandes volumes de dados em um curto período de tempo. Para usuários que dependem do Mega para transferir grandes arquivos regularmente, essa limitação pode ser frustrante.
Além disso, o Mega também impõe limites de armazenamento para usuários gratuitos. Isso significa que, uma vez atingido o limite de armazenamento gratuito, os usuários precisarão pagar por um plano premium para expandir sua capacidade de armazenamento. Para usuários que lidam com grandes quantidades de dados regularmente, esse limite pode se tornar um obstáculo.
Outra limitação a se considerar é a falta de integração do Mega com outros aplicativos e serviços. Enquanto alguns concorrentes oferecem integração perfeita com uma variedade de aplicativos de produtividade e plataformas de compartilhamento, o Mega pode ser limitado nesse aspecto, o que pode dificultar a colaboração e o gerenciamento de arquivos para alguns usuários.
Em resumo, embora o Mega seja uma escolha popular para muitos usuários que buscam armazenamento em nuvem seguro e privado, é importante estar ciente das limitações que o serviço possui. Avaliar essas limitações em relação às suas necessidades individuais é essencial para garantir uma experiência de armazenamento em nuvem satisfatória.
Tutoriais de como burlar o Mega com VPN
Descubra neste artigo como é possível acessar o Mega de forma anônima e segura utilizando uma rede virtual privada (VPN). Os tutoriais disponíveis na internet podem ensinar passo a passo como contornar restrições geográficas e proteger sua privacidade ao baixar arquivos no Mega.
Ao utilizar uma VPN, o seu endereço IP real é mascarado, tornando a sua localização e identidade anônimas. Isso é especialmente útil quando se deseja contornar bloqueios regionais impostos pelo Mega, permitindo o acesso a conteúdos que de outra forma estariam indisponíveis em determinadas regiões.
Além disso, a utilização de uma VPN garante uma conexão criptografada, o que significa que todas as suas atividades online são protegidas de possíveis bisbilhoteiros, incluindo seu provedor de internet e hackers. Dessa forma, você pode baixar seus arquivos no Mega com segurança e tranquilidade, sem se preocupar com possíveis violações de privacidade.
No entanto, é importante ressaltar que o uso de uma VPN para burlar restrições do Mega pode violar os termos de serviço da plataforma, o que pode resultar em consequências legais. Portanto, é fundamental estar ciente dos riscos envolvidos e agir com responsabilidade ao utilizar esses tutoriais.
Em resumo, os tutoriais de como burlar o Mega com VPN podem ser uma ferramenta útil para proteger sua privacidade e contornar restrições de acesso, mas é essencial ter consciência dos possíveis desdobramentos legais envolvidos. Sempre avalie os prós e contras antes de optar por esse método.
Segurança ao utilizar VPN no PC
Ao utilizar uma rede virtual privada (VPN) em seu PC, é essencial garantir a segurança de seus dados e informações. Uma VPN é uma ferramenta poderosa que permite criar uma conexão segura com a internet, protegendo sua privacidade e mantendo suas comunicações seguras.
Para garantir a segurança ao utilizar uma VPN no PC, é importante seguir algumas boas práticas. Em primeiro lugar, escolha uma VPN confiável e com boa reputação no mercado. Certifique-se de que ela oferece um alto nível de criptografia para proteger seus dados contra hackers e invasores.
Além disso, lembre-se de manter sua VPN sempre atualizada. As atualizações frequentes garantem que quaisquer vulnerabilidades de segurança sejam corrigidas, mantendo seus dados protegidos.
Outro ponto importante é evitar o uso de VPNs gratuitas, pois muitas delas podem comprometer sua segurança ao coletar e vender seus dados para terceiros. Invista em uma VPN paga para garantir um serviço de qualidade e proteção adequada.
Ao utilizar uma VPN no PC, evite também fornecer informações sensíveis ou inserir senhas em sites não seguros, mesmo estando conectado à VPN. Mantenha seus programas antivírus e firewall ativados para uma camada extra de proteção.
Seguindo essas dicas e boas práticas, você poderá desfrutar de uma experiência segura ao utilizar uma VPN no seu PC, protegendo seus dados e mantendo sua privacidade online.
Riscos de burlar sistemas com VPN
Ao utilizar uma VPN para burlar sistemas de segurança, os usuários correm diversos riscos que podem impactar severamente sua privacidade e segurança online. Embora as VPNs sejam comumente utilizadas para proteger os dados dos usuários e garantir a privacidade ao navegar na internet, seu uso indevido pode acarretar consequências negativas.
Um dos principais riscos de burlar sistemas com VPN é a violação dos termos de serviço e políticas de uso da maioria das plataformas online. Muitos serviços e sites proíbem o uso de VPNs para acessar seu conteúdo, e ao desrespeitar essas regras, o usuário está sujeito a ter sua conta suspensa ou banida.
Além disso, ao utilizar uma VPN para acessar conteúdos restritos geograficamente, o usuário pode estar infringindo leis de direitos autorais e de licenciamento de conteúdo. Isso pode resultar em penalidades legais, multas e até mesmo processos judiciais.
Outro risco importante é a segurança dos dados do usuário. Nem todas as VPNs oferecem o mesmo nível de proteção, e algumas podem registrar as atividades online do usuário, expondo suas informações pessoais a possíveis vazamentos ou ataques cibernéticos.
Portanto, é fundamental que os usuários façam um uso responsável das VPNs e estejam cientes dos riscos envolvidos ao tentar burlar sistemas de segurança. A melhor prática é utilizar uma VPN de confiança, respeitar as políticas de uso das plataformas online e garantir a privacidade e segurança de seus dados ao navegar na internet.
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Configuração
Configuração refere-se ao processo de ajustar as configurações ou parâmetros de um sistema, programa ou dispositivo eletrônico para atender às necessidades específicas de um usuário. A configuração é uma etapa essencial para garantir o bom funcionamento e a melhor experiência de uso de qualquer dispositivo ou software.
Quando se trata de dispositivos eletrônicos, como computadores, smartphones ou roteadores, a configuração envolve a personalização de várias opções, como rede Wi-Fi, brilho da tela, som, notificações, entre outros. Essas configurações são ajustadas de acordo com as preferências do usuário, para que o dispositivo funcione de maneira ideal e atenda às suas necessidades individuais.
Da mesma forma, programas de computador e aplicativos também requerem configuração para operar corretamente. Isso pode incluir definições de idioma, segurança, privacidade, atualizações automáticas, entre outros ajustes que visam melhorar a usabilidade e o desempenho do software.
No contexto de sites e plataformas online, a configuração envolve a personalização de diferentes elementos, como layout, cores, fontes, funcionalidades, entre outros aspectos visuais e funcionais. Através da configuração adequada, é possível adaptar o site às necessidades do público-alvo e melhorar a experiência de navegação dos usuários.
Em resumo, a configuração desempenha um papel fundamental em garantir que os dispositivos eletrônicos, softwares e plataformas online funcionem corretamente e atendam às necessidades e preferências individuais dos usuários. É um processo essencial para otimizar a usabilidade, o desempenho e a experiência geral de uso dessas tecnologias no dia a dia.
Servidor
Um servidor é um computador ou sistema de computadores que fornece informações, serviços ou recursos para outros computadores, conhecidos como clientes, através de uma rede. Os servidores desempenham um papel fundamental na hospedagem de websites, armazenamento de dados, envio de e-mails, processamento de pedidos online, entre outras funções essenciais na era digital.
Existem vários tipos de servidores, cada um projetado para executar tarefas específicas. Os servidores web, por exemplo, são responsáveis por hospedar páginas da web e disponibilizá-las na internet. Já os servidores de banco de dados mantêm e gerenciam grandes volumes de dados de forma eficiente. Os servidores de e-mail lidam com o envio, recebimento e armazenamento de e-mails.
Além disso, os servidores podem ser classificados de acordo com o seu uso, como servidores dedicados, compartilhados ou em nuvem. Os servidores dedicados são exclusivamente utilizados por uma única entidade, enquanto os servidores compartilhados hospedam múltiplos clientes no mesmo servidor. Por sua vez, os servidores em nuvem oferecem flexibilidade e escalabilidade, permitindo aos usuários pagar apenas pelos recursos que utilizam.
Em suma, os servidores são peças fundamentais da infraestrutura de rede, possibilitando a comunicação e o compartilhamento de informações em escala global. Sem servidores, a maioria dos serviços online que utilizamos diariamente não seria possível. Eles são verdadeiros facilitadores da conectividade e da eficiência no mundo digital.
VPN Privado
Um VPN privado é uma ferramenta essencial para proteger a sua privacidade e segurança online. Com a crescente preocupação com a proteção de dados na internet, utilizar um serviço de VPN privado se tornou fundamental.
Um VPN, ou Virtual Private Network, é uma rede privada virtual que permite criar uma conexão segura e criptografada entre o seu dispositivo e a internet. Isso significa que todas as informações enviadas e recebidas enquanto estiver conectado a um VPN são protegidas contra hackers, bisbilhoteiros e ciberataques.
Além da segurança, um VPN privado também oferece a vantagem de contornar restrições geográficas. Muitos serviços online têm restrições de acesso baseadas na localização do usuário, como sites de streaming e redes sociais. Com um VPN, é possível mascarar o seu endereço IP e simular estar em outro país, desbloqueando conteúdos restritos.
Para escolher um bom serviço de VPN privado, é importante considerar a política de privacidade da empresa, a velocidade da conexão, a quantidade de servidores disponíveis e a facilidade de uso da aplicação. Existem diversas opções no mercado, tanto gratuitas quanto pagas, por isso é essencial fazer uma pesquisa e escolher aquela que melhor atenda às suas necessidades.
Em resumo, um VPN privado é uma ferramenta poderosa para proteger a sua privacidade e garantir uma experiência online segura e livre de restrições. Não deixe de considerar a utilização de um VPN na sua rotina digital.
Rede Virtual Privada
Uma Rede Virtual Privada (VPN) é uma ferramenta essencial no mundo digital moderno, oferecendo privacidade, segurança e liberdade na internet. Uma VPN permite que os utilizadores naveguem na internet de forma anónima ao criptografar a conexão do dispositivo com a rede. Esta tecnologia protege os dados sensíveis dos utilizadores de serem interceptados por terceiros mal intencionados, o que é especialmente crucial quando se utiliza redes públicas de Wi-Fi.
Além da segurança, uma VPN também permite contornar restrições geográficas, possibilitando o acesso a conteúdos bloqueados em determinadas regiões. Isso é especialmente útil para quem deseja aceder a serviços de streaming, sites de notícias ou redes sociais que não estão disponíveis em determinados países.
Outra vantagem de uma VPN é a capacidade de evitar a censura e a vigilância online. Em países onde a liberdade de expressão é limitada, uma VPN pode proporcionar aos utilizadores um meio seguro de comunicar e aceder a informação sem medo de represálias.
No entanto, é importante salientar que nem todas as VPNs são iguais. É essencial escolher uma VPN confiável e respeitável para garantir a proteção dos seus dados. Avaliar a política de privacidade, os protocolos de segurança e a localização dos servidores são alguns dos critérios a considerar na escolha de uma VPN.
Em resumo, uma Rede Virtual Privada é uma ferramenta poderosa para proteger a sua privacidade online, contornar restrições geográficas e garantir a segurança dos seus dados. Ao utilizar uma VPN de confiança, os utilizadores podem desfrutar de uma experiência online mais segura e livre.
Tutorial
Um tutorial é um guia passo a passo que ajuda os usuários a entenderem como realizar uma determinada tarefa ou atividade. Eles podem ser encontrados em diversos formatos, como vídeos, artigos, infográficos ou até mesmo em tutoriais interativos online. Os tutoriais são extremamente úteis para quem está aprendendo algo novo ou precisa de orientações claras para concluir uma ação específica.
Os tutoriais geralmente são estruturados de forma lógica e simplificada, com instruções detalhadas sobre cada etapa do processo. Eles são projetados para orientar os usuários, independentemente do nível de conhecimento que possuem sobre o assunto em questão. Além disso, os tutoriais costumam incluir dicas úteis, truques e soluções para possíveis problemas que possam surgir durante a execução da tarefa.
Uma das vantagens de utilizar tutoriais é a flexibilidade que oferecem. Os usuários podem acessá-los a qualquer momento e a partir de qualquer dispositivo, o que facilita o aprendizado e a aplicação prática do conhecimento adquirido. Além disso, muitos tutoriais são gratuitos, tornando o acesso à informação e ao aprendizado acessível a todos.
Portanto, os tutoriais são uma ferramenta valiosa para quem busca aprender algo novo, aprimorar suas habilidades ou simplesmente obter ajuda para concluir uma determinada tarefa. Com sua abordagem prática e foco na aprendizagem passo a passo, os tutoriais se tornaram uma ferramenta essencial no mundo digital de hoje.
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loginbetano · 5 months
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Política de bônus: O que é e como funciona
Uma política de bônus é um conjunto de regras e diretrizes estabelecidas por uma empresa ou organização para distribuir incentivos financeiros ou benefícios adicionais aos seus funcionários. Esses bônus podem assumir diversas formas, desde dinheiro extra até prêmios não monetários, como viagens ou produtos.
Existem várias razões pelas quais uma empresa pode optar por implementar uma política de bônus. Em primeiro lugar, os bônus podem ser utilizados como uma ferramenta de motivação para os funcionários, incentivando um desempenho excepcional e o alcance de metas específicas. Além disso, os bônus podem ajudar a atrair e reter talentos, tornando a empresa mais competitiva no mercado de trabalho.
É importante que uma política de bônus seja transparente e equitativa, para garantir que todos os funcionários tenham oportunidades iguais de serem recompensados ​​por seu trabalho árduo e contribuições para a empresa. Isso significa que os critérios para receber um bônus devem ser claros e objetivos, e o processo de seleção deve ser justo e imparcial.
Uma boa política de bônus também deve ser flexível o suficiente para se adaptar às mudanças nas circunstâncias da empresa e às necessidades dos funcionários. Isso pode envolver a revisão periódica dos critérios de elegibilidade e a revisão dos montantes e tipos de bônus oferecidos.
No entanto, é importante notar que os bônus não são uma solução universal para todos os problemas de uma empresa. Eles podem ser caros de administrar e podem não ser eficazes se não estiverem alinhados com os objetivos e valores da empresa. Portanto, é crucial que uma empresa avalie cuidadosamente suas necessidades e objetivos antes de implementar uma política de bônus e faça ajustes conforme necessário para garantir que ela continue sendo eficaz ao longo do tempo.
MegaFire.com
MegaFire.com é um dos principais provedores de hospedagem de arquivos online, oferecendo uma plataforma robusta para armazenar, compartilhar e gerenciar dados na nuvem. Com uma interface intuitiva e recursos avançados, MegaFire.com se destaca como uma escolha popular para indivíduos e empresas que buscam soluções confiáveis de armazenamento na nuvem.
Uma das características mais destacadas do MegaFire.com é sua generosa capacidade de armazenamento, permitindo que os usuários carreguem e compartilhem uma grande quantidade de arquivos sem se preocupar com limites restritivos. Isso torna a plataforma ideal para aqueles que trabalham com grandes volumes de dados, como profissionais de criação de conteúdo, designers gráficos, e empresas que lidam com arquivos de mídia de alta qualidade.
Além disso, MegaFire.com oferece uma variedade de recursos de segurança para proteger os dados dos usuários. Isso inclui criptografia de ponta a ponta, proteção contra malware e vírus, e opções de controle de acesso para garantir que apenas pessoas autorizadas tenham acesso aos arquivos.
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Novos jogadores
Claro, aqui está o artigo sobre "Novos jogadores":
Boas-vindas aos Novos Jogadores: Dicas para Iniciar sua Jornada nos Jogos
Seja bem-vindo ao mundo dos jogos! Se você é um novato neste universo fascinante ou está apenas começando a explorar novos horizontes de entretenimento, há algumas coisas importantes que você deve saber para começar sua jornada de forma positiva e divertida.
Primeiramente, é essencial encontrar jogos adequados ao seu interesse e habilidade. Com uma variedade tão vasta de opções disponíveis, desde jogos de estratégia até aventuras emocionantes, é importante escolher aqueles que mais lhe interessam e que sejam adequados ao seu nível de experiência.
Além disso, familiarize-se com os controles e mecânicas de jogo. Cada jogo tem suas próprias nuances e peculiaridades, então reserve um tempo para se acostumar com os comandos e entender como o jogo funciona. Isso pode ajudar a evitar frustrações e aumentar sua diversão.
Não tenha medo de explorar e experimentar coisas novas. Os jogos oferecem mundos virtuais vastos e emocionantes para serem explorados, então aproveite a oportunidade para descobrir novas experiências e desafios.
Além disso, lembre-se da importância do equilíbrio. Embora seja fácil se envolver completamente em um jogo, é importante garantir que você ainda reserve tempo para outras atividades e responsabilidades em sua vida.
Por fim, lembre-se de que os jogos são uma forma de diversão e entretenimento. Não se pressione demais para alcançar determinados objetivos ou níveis. Aproveite o processo e divirta-se!
Com estas dicas em mente, você está pronto para iniciar sua jornada nos jogos. Prepare-se para horas de diversão e aventura enquanto explora os vastos universos que os jogos têm a oferecer. Boa sorte e divirta-se!
Apostas esportivas
As apostas esportivas têm se tornado cada vez mais populares no Brasil, com um número crescente de pessoas se interessando por essa forma de entretenimento e, é claro, de potencial lucro. Trata-se de uma atividade na qual os participantes fazem previsões sobre resultados de eventos esportivos e colocam dinheiro em jogo com base nessas previsões.
Existem várias formas de se envolver em apostas esportivas, desde os tradicionais bilhetes de apostas em casas físicas até plataformas online especializadas. No entanto, é fundamental que os apostadores estejam cientes dos riscos envolvidos e pratiquem a responsabilidade ao participar desse tipo de atividade.
Uma das principais vantagens das apostas esportivas é a emoção e a diversão que elas proporcionam aos fãs de esportes. Ao acompanhar um evento esportivo, os apostadores têm um incentivo adicional para torcer por um resultado específico, o que torna a experiência ainda mais emocionante.
Além disso, as apostas esportivas também oferecem a oportunidade de lucro para aqueles que são capazes de fazer previsões precisas com base em análises e informações sobre os times e atletas envolvidos. Muitos especialistas em apostas esportivas desenvolvem estratégias elaboradas e utilizam estatísticas detalhadas para aumentar suas chances de sucesso.
No entanto, é importante ressaltar que as apostas esportivas também apresentam riscos significativos, especialmente para aqueles que não têm experiência ou não praticam a moderação. É fácil se deixar levar pela emoção do jogo e apostar mais do que se pode perder, o que pode levar a consequências financeiras negativas.
Portanto, ao participar de apostas esportivas, é essencial que os indivíduos ajam com responsabilidade, estabelecendo limites claros de quanto estão dispostos a apostar e nunca arriscando mais do que podem perder. Com a abordagem certa, as apostas esportivas podem ser uma forma divertida e emocionante de aproveitar ainda mais os eventos esportivos favoritos.
Interessados
Título: Como Atrair e Engajar Seus Interessados de Forma Eficaz
Os "interessados" são aqueles que demonstram algum tipo de interesse em seu produto, serviço ou conteúdo. São pessoas que estão na fase inicial do funil de vendas, buscando informações, mas ainda não tomaram uma decisão de compra. Para alcançá-los e engajá-los de forma eficaz, é crucial adotar estratégias adequadas.
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vilaoperaria · 5 months
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Há uma necessidade urgente de aumentar a capacidade global de armazenamento de dados, uma vez que as abordagens atuais ficam aquém do crescimento exponencial da geração de dados impulsionada pela Internet, pelas redes sociais e pelas tecnologias de nuvem. Além de aumentar a densidade de armazenamento, as novas soluções deverão fornecer arquivamento de dados de longo prazo que vai muito além da tradicional memória magnética, discos ópticos e unidades de estado sólido. Aqui, é proposto um conceito de arquivamento de dados de alta densidade, ultralongo e com eficiência energética, baseado em defeitos de tamanho atômico opticamente ativos em um material resistente à radiação, o carboneto de silício (SiC). A informação é escrita nesses defeitos por feixes de íons focados e lida usando fotoluminescência ou catodoluminescência. A desativação desses defeitos dependente da temperatura sugere um tempo de retenção mínimo ao longo de algumas gerações sob condições ambientais. Com excitação de laser infravermelho próximo, codificação em escala de cinza e armazenamento de dados multicamadas, a densidade de área corresponde à dos discos Blu-ray. Além disso, é demonstrado que a limitação da densidade de área dos meios ópticos convencionais de armazenamento de dados devido à difração da luz pode ser superada pela excitação por feixe de elétrons focalizado. 1 Introdução Em 2012, a quantidade de dados digitais no mundo ultrapassou um Zettabyte (ZB ou 10 21 bytes), indicando o início da Era Zettabyte. Os dados gerados globalmente estão aumentando continuamente e espera-se que sejam superiores a 100 ZB/ano até 2025.  O consumo de energia dos data centers equivale a cerca de 1% da produção global de eletricidade; este número poderá aumentar para 3–13% até 2030.  O tempo de armazenamento limitado exige a migração de dados dentro de vários anos para evitar qualquer perda de dados. Isto aumenta substancialmente o consumo de energia, porque uma quantidade significativa de energia é consumida durante essa migração de dados.  A demanda por redução do consumo de energia, prolongamento do tempo de armazenamento e aumento da capacidade de big data levou a uma melhoria contínua das tecnologias atuais, como mídia magnética, discos ópticos e unidades de estado sólido. A memória magnética é a principal escolha para arquivamento de dados devido à sua grande capacidade de armazenamento. Um protótipo de fita magnética desenvolvido recentemente mostra um desempenho de gravação com uma densidade de armazenamento de área de 317,3 Gbit/in 2 .  O aumento da densidade de armazenamento requer a diminuição do tamanho da partícula magnética. Neste caso, as flutuações térmicas e os processos de difusão tornam-se significativos, resultando numa diminuição do tempo de armazenamento. Isto pode ser superado usando materiais com maior coercividade, o que por sua vez leva a uma maior energia necessária para armazenar um bit magnético. Por outro lado, os discos ópticos podem fornecer um tempo de armazenamento aparentemente ilimitado.  No entanto, o limite de difração restringe o menor bit de gravação à metade do comprimento de onda da luz, o que por sua vez limita a capacidade máxima de armazenamento. Usando gravação óptica multidimensional (isto é, múltiplas camadas dentro do meio, domínio espectral, codificação em escala de cinza, etc.), a capacidade de armazenamento por volume pode ser aumentada drasticamente.  Nos conceitos demonstrados, o registro óptico multidimensional é baseado na modificação do material utilizando pulsos de laser ultracurtos.  A energia necessária para escrever um único bit nessas abordagens está acima de 100 nJ/bit. Este valor é muitas ordens de magnitude maior do que para unidades de disco magnético e unidades de estado sólido, que está na faixa de 1 pJ/bit e 100 fJ/bit, respectivamente. Esses valores podem ser melhorados ainda mais reduzindo a carga de calor.  Por outro lado, o armazenamento óptico de dados não precisa ser atualizado e, portanto, não consome energia no estado ocioso.
No caso de arquivamento de dados a longo prazo, existe um compromisso entre a energia necessária para escrever um único bit e o tempo de vida do armazenamento.  Outras abordagens para armazenamento de dados de ultra-alta densidade estão em desenvolvimento. Particularmente, o armazenamento digital de dados DNA fornece a maior densidade de armazenamento por volume. Em uma abordagem alternativa, as memórias de tamanho atômico têm a maior densidade de armazenamento de área.  No entanto, os horários para escrever e ler nestes dois casos são atualmente impraticáveis. Particularmente, a velocidade de gravação está entre 0,8 e 0,07 bit/s no caso de memória de tamanho atômico. Os centros de cores no estado sólido constituem um tipo alternativo de armazenamento em escala atômica. De facto, foi demonstrado o armazenamento de dados utilizando os centros de vacância de azoto (NV) no diamante. A codificação de bits é realizada usando controle de estado de carga com luz laser e a leitura é realizada via fotoluminescência (PL). No entanto, os padrões de bits são armazenados nos centros NV por apenas mais de uma semana no escuro, o que não é suficiente para uso prático. Aqui, propomos um conceito de armazenamento de dados WORM (write once read many) de longo prazo baseado em carboneto de silício (SiC), conforme mostrado esquematicamente na Figura . O SiC hospeda centros de cores em escala atômica, especialmente a vacância de silício (VSi ) , ou seja, a ausência de átomo de silício no sítio da rede. Possui uma ampla banda PL à temperatura ambiente na faixa espectral do infravermelho próximo (NIR). Os defeitos V Si são criados por um feixe focado de prótons ou íons de hélio, proporcionando alta resolução espacial, rápida velocidade de gravação e baixa energia para armazenar um único bit. O limite de difração da densidade de armazenamento inerente à mídia óptica é superado pelos esquemas de codificação 4D. Nestes esquemas, as três dimensões espaciais e a quarta dimensão de intensidade adicional (codificação em escala de cinza) são realizadas controlando a posição lateral e a profundidade, bem como o número de defeitos V Si através da energia iônica e da fluência, respectivamente. Um microscópio confocal de varredura PL é usado para ler opticamente os dados armazenados. Alternativamente, o uso de catodoluminescência (CL) em vez de PL pode melhorar drasticamente a densidade de armazenamento de área. [caption id="attachment_87019" align="aligncenter" width="633"] Um conceito de armazenamento óptico de dados de longo prazo em SiC. a) A informação é escrita em defeitos atômicos opticamente ativos por um feixe de íons focado e lida usando o defeito PL ou CL. O comprimento de onda de excitação é 785 nm. b) Espectro PL típico em HPSI SiC cultivado e após irradiação iônica. c) O decaimento da intensidade de V Si PL em diferentes temperaturas. As linhas sólidas são adequadas para exp (− t /τ) e as linhas tracejadas representam extrapolação para um tempo de recozimento mais longo t . d) Gráfico de Arrhenius da taxa de decaimento PL 1/τ. A área sombreada ao redor da linha sólida representa a tolerância dos valores extrapolados. À temperatura ambiente, as informações em V Si podem ser armazenadas por mais de dez milhões de anos.[/caption] 2 Resultados e Discussão Para nossos estudos, utilizamos wafers comerciais de 4H-SiC. Para criar vagas atômicas, realizamos irradiação de prótons com fluência de 1 × 10 15  cm −2 . Em seguida, medimos PL de V Si na faixa espectral de 800 a 1000 nm sob excitação ideal a 785 nm.  Os espectros de PL à temperatura ambiente na amostra cultivada e medidos após a irradiação são mostrados na Figura   , indicando uma ativação clara de defeitos V Si opticamente ativos sem qualquer tratamento pós-irradiação. Além disso, realizamos experimentos de ressonância magnética detectada opticamente (ODMR) em áreas implantadas ( Informações de Apoio ). A observação do pico ODMR a 70 MHz é uma indicação clara dos defeitos V Si no 4H-SiC. 
2.1 Tempo de armazenamento Está bem estabelecido que a temperatura ideal de recozimento para curar a rede dos danos da irradiação e simultaneamente preservar o V Si está na faixa de 500 - 600°C.  Em temperaturas de recozimento mais altas, os defeitos V Si são rapidamente removidos. Investigamos agora em detalhes a dependência da intensidade PL integrada no tempo de duração do recozimento t para diferentes temperaturas de recozimento T . Para curar o cristal dos danos da irradiação, partimos de baixas temperaturas de recozimento em etapas de 100°C e duração de 90 min em cada etapa. Todos os experimentos de recozimento são realizados em atmosfera Ar. O recozimento leva a um aumento inicial da intensidade do PL em aproximadamente 52%. Quando observamos que o PL começa a cair a 640°C, paramos para aumentar a temperatura e realizamos várias séries de experimentos de recozimento em temperaturas mais baixas, variando o tempo de recozimento. No início de cada série de temperaturas, os valores de temperatura adequados e os tempos de recozimento associados são determinados pelo teste. Na etapa final, realizamos o recozimento a uma temperatura mais elevada de 900°C até o completo desaparecimento do PL e confirmação do decaimento mono-exponencial. Para aumentar a precisão e garantir a repetibilidade da alteração relativa do PL, todas as medições de recozimento são realizadas na mesma amostra e na mesma área. O histórico completo de recozimento da amostra é apresentado nas Informações de Apoio. A tendência geral é que quanto menor a temperatura de recozimento, maior será o tempo de recozimento necessário para observar quaisquer alterações de PL . Notavelmente, mesmo a T = 400°C, uma diminuição muito pequena, mas diferente de zero, na intensidade de PL é detectável durante um longo tempo de recozimento de 6 h.  A temperatura mais alta T = 900°C é escolhida como a última das quatro séries de recozimento, de modo que são necessários tempos de recozimento curtos na faixa de minutos para observar decaimento PL significativo. Finalmente, os experimentos desta série são realizados até que nenhum defeito V Si opticamente ativo seja mais observado. O recozimento a 900°C mostra um decaimento exponencial completo, que pode ser ajustado para exp (− t /τ), como mostrado pela linha sólida na Figura. Para temperaturas de recozimento mais baixas, a variação do PL é pequena e o ajuste é dado pelo primeiro termo do expoente da expansão de Taylor 1 − t /τ. A dependência do tempo de decaimento PL τ com a temperatura é determinada pela energia de ativação E a , de acordo com a lei de Arrhenius  aqui, k B é a constante de Boltzmann. O gráfico de Arrhenius de 1/τ em função da temperatura é apresentado na Figura. A partir do ajuste à Equação, obtemos E a = 860 ± 10 meV. Para efeito de comparação, a energia térmica à temperatura ambiente é de 26 meV. Com o fator de frequência A = 1,6 ± 0,1 Hz, extrapolamos o tempo de decaimento do PL para τ = 1,1 × 10 7  anos à temperatura ambiente T = 22°C e τ = 0,9 × 10 4  anos no ponto de ebulição da água sob pressão padrão T = 100ºC. A extrapolação durante um período tão longo resulta em um erro muito grande. Mas obviamente, o meio de informação baseado nos defeitos V Si no SiC pode preservar a informação ao longo de algumas gerações, ou seja, no mínimo algumas centenas de anos. 2.2 Armazenamento de dados com codificação em escala de cinza A seguir, registramos o texto “E pur si muove - Embora ele se mova” de Galileo Galilei em defeitos V Si opticamente ativos . Para realizar a gravação digital, convertemos este texto para a representação hexadecimal do código ASCII, conforme descrito nas Informações de Apoio. Criamos defeitos V Si usando um microfeixe de prótons focado em um ponto redondo de aproximadamente 1 µm de diâmetro.  Um esquema de codificação de dois bits é usado para cada pixel de implantação. Implantamos 4 × 10 6 prótons para escrever 01 e, correspondentemente, dobramos e triplicamos esse valor para escrever 10 e 11.
A ausência de implantação corresponde a 00. Nenhum recozimento pós-implantação é realizado e os dados podem ser lidos imediatamente após a gravação . Para recuperar o fluxo digital gravado, usamos um microscópio confocal de varredura caseiro, conforme apresentado na Figura  . Os defeitos V Si são excitados com um laser de 785 nm e o PL integrado é medido com um detector de fóton único de silício após filtragem com um filtro passa-longo de 800 nm. A Figura  mostra o V Si PL ao longo de uma das trilhas de dados, onde as diferentes taxas de contagem para os quatro estados lógicos 00, 01, 10 e 11 são claramente vistas. A Figura  mostra as estatísticas da taxa de contagem de PL para todos os pixels. Observamos que a largura total na metade do máximo (FWHM) de 1,6 µm é dada pela convolução do tamanho real do pixel e do tamanho do ponto do laser, sendo ambos de cerca de 1 µm. Notamos também que embora o tamanho do pixel possa ser significativamente reduzido, a resolução espacial do padrão óptico não pode ser significativamente melhorada devido ao limite de difração dado pelo comprimento de onda do laser. Podem ser vistos quatro máximos que identificamos com os quatro estados lógicos. Por fim restauramos o texto “E pur si i uove - Albe Y t it does move”. Dos 294 bits registrados, detectamos apenas dois erros de bits, levando a dois caracteres errados (destacados em negrito). Esses erros são devidos a alguma variação na intensidade do PL e podem ser corrigidos usando bits redundantes como referência para taxas de contagem. [caption id="attachment_87024" align="aligncenter" width="1000"] Armazenamento óptico de dados em SiC usando codificação em escala de cinza. a) Um exemplo de fluxo digital com codificação de dois bits por pixel. A barra de escala é 10 µm. b) Taxa de contagem de fótons do V Si PL registrada ao longo de uma das trilhas de dados. Quatro níveis de taxa de contagem representam os estados lógicos de dois bits 00, 01, 10 e 11. c) Estatísticas da taxa de contagem PL sobre todos os pixels.[/caption] Para aumentar a capacidade de armazenamento, demonstramos a codificação multicamadas conforme apresentado esquematicamente na Figura  . Usamos wafers comerciais de SiC e registramos mapas da Terra em diferentes épocas geológicas. Primeiro, esses mapas são convertidos em imagens em tons de cinza de oito bits (Supporting Information) com distância entre pixels de 80 nm. Os íons He com uma energia de 25 keV são focados em um tamanho de ponto de aproximadamente 1 nm na superfície da amostra em um microscópio de íons de hélio (HIM). Para encontrar as condições ideais de gravação, realizamos uma série de experimentos com diferentes fluências de implantação, conforme descrito nas Informações de Apoio. Descobrimos que a intensidade de V Si PL aumenta quase linearmente até uma fluência de Φ max = 1 × 10 13  cm −2 . Ele satura em 5 × 10 13  cm −2 e depois cai devido ao dano induzido por íons na estrutura cristalina do SiC. A escala de cinza para escrita de feixe de íons focado  é escolhida de forma que o estado lógico máximo de 8 bits seja codificado com Φ max σ HIM . Aqui, σ HIM é a área determinada pelo desvio lateral obtido na simulação SRIM (Stopping and Range of Ions in Matter). Outros estados de bits diminuem linearmente com a fluência de implantação. [caption id="attachment_87023" align="aligncenter" width="633"] Armazenamento óptico de dados em SiC usando codificação multicamada. a) Um esquema do meio de armazenamento óptico com camadas de dados de cerca de 250 nm de espessura, separadas por espaçadores transparentes. b) Varreduras PL confocal em profundidade através de dois pontos. Os pontos são selecionados de forma que a fluência de irradiação seja a mesma na camada dois e diferente na camada um. Devido à absorção insignificante do laser de excitação e do V Si PL no SiC, não há interferência entre as camadas. c) Um mapa da Terra de 240 milhões de anos atrás armazenado/recuperado da camada um. Uma codificação em escala
de cinza de oito bits é usada pela escrita de feixe de íons e uma codificação de três bits é reinstaurada pela leitura óptica. d) Um mapa da Terra hoje armazenado/recuperado da camada dois. A taxa de contagem de fundo de 50k cps causada pelo V Si residual é subtraída em (c, d). A taxa de contagem de 87,5 mil cps corresponde a um nível da codificação em escala de cinza de três bits.[/caption] Depois de escrever mapas individuais da Terra em wafers de SiC separados, eles são empilhados juntos (Figura  3a ). Em seguida, usamos uma configuração confocal para recuperar os mapas armazenados. Varreduras detalhadas através de diferentes pontos são mostradas na Figura  3b . O espaçador transparente nessas varreduras é dado pela espessura do wafer de 250 µm. Considerando a resolução de profundidade de 60 µm juntamente com a distância de trabalho da objetiva de 700 µm, concluímos que até dez camadas podem ser recuperadas sem interferência. Isso se deve ao fraco coeficiente de absorção de SiC nos comprimentos de onda de excitação e V Si PL, que são maiores que 380 nm, correspondendo ao bandgap 4H-SiC. Os mapas recuperados de duas camadas separadas por um espaçador são apresentados nas Figuras  3c e d . Aqui, usamos codificação de 3 bits para reconstruir os mapas. Como a separação de pixels no desenho do projeto é muito menor do que a resolução espacial óptica e a codificação de escrita é mais precisa do que a codificação de leitura, muitos detalhes são calculados em média (Informações de Suporte). Por esta razão, não podemos estimar a precisão da leitura da Figura  3 . Agora estimamos o limite de densidade de armazenamento da nossa gravação 4D. A resolução óptica lateral é dada pelo critério de Rayleigh 1,22λ/NA, onde λ = 785 nm é o comprimento de onda de excitação e NA = 0,81 é a abertura numérica da objetiva. Consideramos então dez camadas e codificação em escala de cinza de três bits para a terceira e quarta dimensões, respectivamente. Finalmente, obtemos uma densidade de armazenamento de 75 Gbit/in2 para dez camadas. 2.3 Leitura de Catodoluminescência O limite de difração do tamanho mínimo do ponto sob excitação óptica é muito maior que a área implantada no HIM. A Figura  4a mostra uma simulação SRIM da distribuição lateral e profunda dos defeitos V Si criados por íons He com energia de 25 keV. A profundidade de penetração dos íons He com esta energia é de cerca de 250 nm. Devido ao espalhamento lateral de íons dentro da camada de SiC, a área implantada tem cerca de σ HIM ≈200 nm de diâmetro. Para aumentar a resolução espacial, propomos usar CL em vez de PL. A Figura  4b mostra o desgarrado de elétrons com energia de 5 keV em SiC, simulado com o software CASINO (monte CARlo SIMulation of electroN path in sOlids). O desvio lateral é de cerca de σ CL ≈ 300 nm. Embora os elétrons com essa energia penetrem no SiC ao longo de vários µm, a simulação da profundidade é limitada a uma profundidade de 250 nm, que é a espessura da camada epitaxial de SiC usada em nossos experimentos de CL. Observamos que a leitura multicamadas não é possível neste caso. [caption id="attachment_87025" align="aligncenter" width="1000"] Armazenamento de dados em SiC com leitura CL. a) Simulação SRIM da criação de V Si com implantação de He com energia de pouso de 25 keV indicando desgarrado longitudinal e lateral. b) Simulação CASINO do espalhamento longitudinal e lateral de elétrons com energia de 5 keV. c) Mapa de intensidade CL do código de barras escrito com HIM. d) Espectro CL das áreas irradiadas e cultivadas. e) Leitura integrada da linha CL através do código de barras armazenado em c). As linhas sólidas são um ajuste multi-gaussiano. A inserção mostra o código de barras armazenado em (c).[/caption] Os espectros CL na faixa de 800 a 1000 nm são mostrados na Figura  4d . Há um sinal CL extremamente baixo em uma amostra cultivada em comparação com PL. A razão para isso é uma concentração cada vez mais baixa de defeitos de V Si nas camadas epitaxiais em comparação com os wafers HPSI usados ​​para PL (Seção Experimental).
Após a implantação de He a uma fluência de 5 × 10 13  cm −2 , o espectro CL tem a mesma posição de pico e largura espectral que o espectro PL da Figura  1b , demonstrando que os elétrons podem de fato excitar eficientemente os defeitos V Si . Em seguida, usamos o HIM para escrever um código de barras representado no encarte da Figura  4e . Este código de barras representa o número 916, correspondente à posição espectral de uma das linhas de fônons zero V Si em 4H-SiC. O código de barras foi criado usando linhas de pixel único com fluência de 70 íons/nm a uma energia de 25 keV usando uma corrente de íons de 0,5 pA. O código de barras recuperado com CL é apresentado na Figura  4c . Para ser espectralmente seletivo à emissão dos defeitos V Si , detectamos sinais de 800 nm (usando filtros passa-longo) a 1000 nm (dado pela sensibilidade espectral do detector de silício). Para analisar a resolução espacial, integramos o sinal ao longo das barras e traçamos a varredura linear através das barras, conforme mostrado na Figura  4e . A partir do ajuste multi-gaussiano, descobrimos que a largura total na metade do máximo (FWHM) das barras mais estreitas é de cerca de 420 nm, o que representa a resolução espacial. Este valor está em boa concordância com a resolução espacial lateral esperada dada pelo He combinado e pelo espalhamento de elétrons. De acordo com a Figura  4a,b , a resolução espacial pode ser significativamente melhorada se a profundidade de criação dos defeitos V Si for limitada a 50 nm. Isto pode ser realizado usando íons He com menor energia em combinação com camadas epitaxiais de SiC mais finas. O espalhamento lateral de íons e elétrons He é limitado, neste caso, a 30 e 40 nm, respectivamente, resultando em uma resolução espacial total de 50 nm. Corresponde à densidade de armazenamento para uma única camada próxima de 300 Gbit/in 2 , que é comparável à densidade de área de registro das fitas magnéticas mas com tempo de armazenamento muito maior e sem necessidade de migração de dados. Observamos que a densidade máxima de defeitos V Si opticamente ativos é 10 16  cm −3 ,  enquanto para concentrações mais altas a presença de canais de recombinação não radiativos devido a danos no cristal induzidos por irradiação suprime a emissão. Para tal densidade de volume, a distância média entre defeitos únicos de V Si é de 46 nm. Portanto, para atingir a densidade de armazenamento de área acima mencionada de 300 Gbit/in 2 , o único bit deve ser armazenado em um único ou em poucos defeitos V Si . A criação de um número único ou contável de defeitos V Si obedece à distribuição de Poisson. Para o valor médio de 1 V Si , a probabilidade de criar defeitos de 0 V Si é de cerca de 36,7% e a fidelidade de escrita correspondente é baixa. Porém, no limite de defeitos únicos ou poucos, a codificação binária é possível, onde o 0 lógico é representado pela ausência do sinal CL e o 1 lógico é representado pelo sinal CL diferente de zero dos defeitos V Si . Particularmente, se o valor médio for igual a 5 V Si , a probabilidade de criar um defeito de 0 V Si é inferior a 0,7%. A fidelidade de escrita correspondente definida estatisticamente estaria acima de 99,3% neste caso. O rendimento de criação de defeitos únicos de V Si usando íons He com uma energia de 6 keV é de 8,5%, o que corresponde em média a 12 íons He necessários para criar um (ou 5) centro (s) V Si . Com base nesses números, a energia mínima necessária para armazenar um único bit é estimada em 10 fJ (ou 50 fJ). Este valor não leva em consideração o consumo de energia necessário para manter a IHM funcionando. O consumo geral de energia aumenta com o número de bits e a velocidade de escrita/leitura, mas não existe tal escalonamento para a operação da HIM. Portanto, no limite de um número muito grande de bits, a energia consumida deve ser determinada pela necessária para escrever o bit individual. A velocidade de gravação alcançável é um critério importante para armazenamento de dados a longo prazo.
É limitado pela fluência necessária para a criação dos defeitos e pela corrente do feixe de íons. No entanto, este último está ligado ao tamanho do spot alcançável e, portanto, não pode ser aumentado indefinidamente. Se assumirmos uma fluência necessária de Φ He = 1,2 × 10 12  cm −2 e uma área de bits de 1000 nm 2 de acordo com os resultados apresentados acima, necessitamos da implantação de ≈12 íons He. No caso da HIM, podemos utilizar altas correntes na faixa de 2 pA, pois a resolução necessária pode ser facilmente alcançada. Nestas condições, a gravação de um único pixel requer apenas 100 ns. Portanto, nossa abordagem tem potencial para atingir uma velocidade de gravação de 10 Mbit/s (ignorando o tempo necessário para direção e atualização do feixe, que é apenas uma pequena correção). Essa velocidade de gravação é mais rápida do que em outras mídias ópticas de armazenamento de dados.  Defeitos opticamente ativos também podem ser alcançados com outros íons. Uma fonte de íons metálicos líquidos permitirá aumentar a corrente para alguns 10 nA. Desde que o tamanho do ponto de 40 nm possa ser mantido, isto resulta, no entanto, em tempos de permanência extremamente curtos, o que exigirá novos supressores de feixe de alta velocidade. Assumindo um supressor tão rápido, capaz de apagar e revelar o feixe em menos de 10 ns , uma corrente de 200 pA é necessária para atingir a fluência necessária Φ Ga . Em tal sistema FIB hipotético, velocidades de gravação de até 100 Mbit/s poderiam ser alcançadas. A velocidade de leitura é diretamente limitada pela taxa de emissão dos defeitos V Si . Para o armazenamento de dados ópticos 4D descrito na Figura   , o potencial limite superior da velocidade de leitura é de cerca de 100 kbit/s. É muito menor se bits únicos forem armazenados em defeitos únicos de V Si , estando na faixa de apenas 1 kbit/s. Alguns outros centros de cores em SiC demonstram PL muito forte, que pode fornecer velocidade de leitura de defeitos únicos superior a 1 Mbit/s.  Alternativamente, a taxa de contagem e, correspondentemente, a velocidade de leitura podem ser significativamente melhoradas coletando PL da face m do cristal de SiC  ou coletando CL de nanocristais de SiC  depositados em uma superfície condutora espelhada. 3 Conclusão Demonstramos armazenamento de dados ultralongo e de alta densidade baseado em defeitos V Si , que são criados por feixes de íons focados. Para recuperar as informações armazenadas, excitamos os defeitos V Si com um laser de 785 nm usado em drives de CD e detectamos seu PL. Em seguida, aplicamos esquemas de codificação em escala de cinza de dois e oito bits com base na intensidade PL para armazenar texto e imagens, respectivamente. As imagens são armazenadas em duas camadas e nossas estimativas mostram que até dez camadas podem ser lidas sem interferência. Neste caso, a densidade de armazenamento projetada está na faixa de dezenas de Gbit/pol 2 , o que é comparável com discos HD DVD e Blu-ray. A extrapolação do tempo de decaimento do PL ativado termicamente aponta para um tempo de armazenamento extremamente longo. Para superar o limite de difração, demonstramos então que CL pode ser usado em vez de PL para ler bits codificados em defeitos V Si opticamente ativos. Para examinar a resolução espacial, que determina a densidade de armazenamento de área, escrevemos um código de barras em 4H-SiC usando HIM e lemos usando CL. Embora a resolução espacial do CL de cerca de 360 ​​nm seja melhor do que no caso do PL, ela é limitada pelo espalhamento de íons e elétrons durante os processos de gravação e leitura, respectivamente. Ao reduzir a espessura da camada de gravação para 50 nm, a resolução espacial pode ser significativamente melhorada, proporcionando o limite teórico da densidade de armazenamento de cerca de 300 Gbit/in 2 . Nossa abordagem não se limita ao SiC e pode ser estendida a outros materiais com defeitos opticamente ativos, incluindo materiais 2D como WS 2  e hBN.  4 Seção Experimental
Amostras As amostras de 4H-SiC foram adquiridas da STMicroelectronics (anteriormente Norstel). Para os experimentos de PL, foi utilizado um wafer 4H-SiC semi-isolante de alta pureza (HPSI). Para os experimentos de CL, foi utilizada uma camada epitaxial de 4H-SiC tipo p (nível de dopagem 1 × 10 17  cm -3 ) com espessura de 250 nm, cultivada em um substrato 4H-SiC tipo n. Um substrato condutor foi necessário para descarregar a amostra quando ela foi exposta ao feixe de elétrons em experimentos de CL. Microscópio Confocal As medições de PL foram realizadas à temperatura ambiente sob condições de vácuo, utilizando um microscópio confocal caseiro. Um laser acoplado a fibra de 785 nm de onda contínua (Thorlabs, LP785-SF20) foi enviado através de um filtro passa-faixa de 785 nm com uma janela de transmissão de 10 nm (AHF Analysentechnik AG, ZET785/10) e focado na amostra usando um objetiva do microscópio com NA = 0,81 otimizada para a faixa espectral NIR. A potência do laser foi controlada usando um atenuador de fibra óptica variável em linha (Thorlabs, VOA780-FC) e ajustada para aproximadamente 6 mW. Utilizando um sistema de nanoposicionamento de circuito fechado (attocube, ANPx311) ancorado ao porta-amostras, foram realizadas varreduras raster PL confocal 2D dos padrões HIM espacialmente seletivos. Para as varreduras PL em profundidade, foi considerado o índice de refração de SiC n SiC = 2,6. A emissão NIR do V Si foi coletada pela mesma objetiva enquanto os resíduos da luz laser foram limpos por um conjunto de dois filtros passa-longa de 800 nm (Thorlabs, FELH0800). O PL foi alimentado em um detector de fóton único de nanofio supercondutor acoplado a fibra de banda larga (Single Quantum) para medições de PL espectralmente integradas ou acoplado a um espectrômetro equipado com um Si-CCD (Andor Technology, iVac 324 FI) para medições de PL seletivas de comprimento de onda . Implantação de feixe de íons focado Os experimentos com feixe de prótons foram realizados nas instalações de irradiação TIARA da QST Takasaki, Japão. O acelerador de partículas de extremidade única de 3 MV foi utilizado para gerar um feixe focalizado estável com tamanho típico de 1 × 1 µm 2 , que foi estimado na estação final por imagens de elétrons secundários em uma malha de cobre. A estação final foi equipada com um estágio de precisão de dois eixos (Canon Precision) e controlou a posição do wafer SiC. A corrente do feixe através do porta-amostras foi monitorada durante a irradiação para registrar flutuações e desvios da corrente e fluência pretendidas, enquanto as correntes precisas do feixe foram avaliadas antes e depois do experimento de irradiação por um copo de Faraday conectado a um picômetro. Toda a irradiação com feixe de íons He foi realizada em um Carl Zeiss Orion NanoFAB. A máquina possui vários complementos, incluindo um supressor rápido capaz do comprimento de pulso ultracurto mencionado acima, que também é usado para TOF-SIMS.  Salvo indicação em contrário, uma pressão de hélio de2×10−6mbar, foi utilizada uma abertura de 10 µm, número de controle de ponto 4 e tensão de aceleração de 25 kV. Para reduzir a irradiação não intencional por átomos de He energéticos neutros, todos os padrões de irradiação foram colocados pelo menos 50 µm (normalmente 100 µm) fora do eixo da coluna óptica de íons. Catodoluminescência O sistema de detecção óptica comercialmente disponível (delmic SPARC) utilizado para as medições de CL foi acoplado a um microscópio eletrônico de varredura (scienta omicron NanoSAM Lab). A amostra foi montada em um sistema de microposicionamento controlado por piezo. O feixe de elétrons foi direcionado através de uma abertura micrométrica do espelho parabólico e focado na superfície da amostra até um tamanho de ponto abaixo de 10 nm. Um sinal CL foi emitido quando o feixe contínuo de elétrons de 5 keV (1 nA) excita V Si no ponto focal do espelho parabólico. A resposta CL foi coletada pelo mesmo espelho parabólico e acoplada a fibra (Thorlabs,
FG300AEA) a um Si-APD (Thorlabs, APD440A) para medições CL espectralmente integradas ou acoplada a um espectrômetro equipado com uma câmera Si-CMOS (Andor Technology , Zyla 5.5 sCMOS) para medições CL seletivas de comprimento de onda. Mapas de intensidade CL 2D foram obtidos escaneando o feixe de elétrons lateralmente através do padrão HIM. Para evitar contribuições de outros defeitos luminescentes na faixa espectral visível, o sinal CL foi filtrado em passagem longa a 830 nm (Semrock, LP02-830RE-25). Todas as medições de CL foram realizadas à temperatura ambiente sob condições de vácuo. Reconhecimentos VD e GVA reconheceram o apoio financeiro do Cluster de Excelência em Complexidade e Topologia em Matéria Quântica de Würzburg-Dresden ct.qmat (EXC 2147, ID de projeto DFG 390858490). TO reconheceu o apoio do MEXT Q-LEAP JPMXS0118067395. M. Ho. obrigado Helmut Schultheiss pela assistência com o Blender na preparação dos esquemas na Figura  1a . GH e LB são membros da Ação COST FIT4NANO CA19140 http://www.fit4nano.eu. HK realizou trabalhos no Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, sob contrato com a Nastional Aeronautics and Space Administration (80NM0018D0004). O apoio do Ion Beam Center (IBC) nas instalações de irradiação HZDR e TIARA da QST Takasaki é reconhecido com gratidão pela implantação iônica. Financiamento de acesso aberto habilitado e organizado pelo Projekt DEAL. Conflito de interesses Os autores declaram não haver conflito de interesses.
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