Спосіб запису та зчитування інформації у тривимірному просторі

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к записи информации с помощью оптических средств и воспроизведения с помощью магнитных средств и может быть использовано в ЭВМ для создания оперативной памяти большого объема. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ записивоспроизведения информации, который заключается в том, что предварительно щелочногалоидный кристалл облучают ионизирующей радиацией для накопления центров и дырочных центров свечения, затем записывают информацию, облучая кристалл информационным световым потоком. Считывание производят возбуждением фотостимулированной люминесценции с помощью воздействия на щелочно-галоидный кристалл квантами света, каждый из которых имеет энергию меньше нижней границы полосы поглощения центров. Недостатком этого способа является невозможность получения объемной записивоспроизведения информации, так как запись осуществляется одним световым лучом после предварительного облучения ионизирующей радиацией всего кристалла. В основу изобретения поставлена задача увеличения объема оперативной памяти, которая является необходимой структурной частью ЭВМ. Поставленная задача решена таким образом, что в способе записи и считывания информации в трехмерном пространстве путем возбуждения регистрирующей среды электромагнитным излучением при записи и возбуждением стимулированной люминесценции при считывании, согласно изобретению, запись в регистрирующей среде на основе органических молекулярных кристаллов осуществляют двумя пересекающимися взаимно перпендикулярными лазерными лучами разной частоты, а при считывании возбуждение стимулированной люминесценции осуществляют воздействием на регистрирующую среду ВЧ-излучения и магнитного поля только в тех местах, где была ранее записана информация. Действительно, в области оптически прозрачной трехмерной регистрирующей среды на основе органических молекулярных кристаллов, заданной пересечением двух лазерных лучей с частотами и (причем создаются долгоживущие возбужденные триплетные состояния. Излучение с частотой индуцирует колебательные переходы, а - электронные. Триплетные состояния возникают тогда, когда за лазерным импульсом сразу следует лазерный импульс причем длительности этих лазерных импульсов должны быть меньше соответствующих времен тепловой релаксации, иначе электроны успеют вернуться в основное состояние т.е. необходимо электроны "забросить" в триплетное состояние быстрее, чем они успеют срелаксировать. Разность энергий триплетного и основного синглетного состояний будет равна где - энергии триплетного и основного синглетного состояний. Объем ячейки, содержащей триплетные состояния, определяется размерами области пересечения лазерных лучей. Эта область является ячейкой памяти. Считывание информации производится путем увеличения скорости (вероятности) переходов из триплетных состояний в основное с излучением квантов энергии для чего регистрирующую среду на основе органических молекулярных кристаллов подвергают воздействию ВЧ-излучения с частотой зависящей от тонкой структуры электронных уровней регистрирующей среды, и магнитного поля в той области регистрирующей среды, где созданы триплетные состояния: где - фактор Ланде; - магнетон Бора. ВЧ-излучение в магнитном поле изменяет ориентацию спинов и превращает запрещенный переход типа "триплет - синглет" в разрешенный переход типа "синглет - синглет" (вероятность перехода второго типа существенно больше, чем первого), и возбужденные электроны излучают кванты энергии при переходе второго типа. В заявляемом способе записи и считывания информации в трехмерном пространстве впервые запись осуществляется с помощью двух лазерных лучей разной частоты, а считывание - с помощью одновременного воздействия ВЧ-излучения и магнитного поля, что увеличивает объем оперативной памяти. Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг.), на котором приведена схема электронных переходов, положенная в основу способа записи и считывания информации в трехмерном пространстве, которая функционирует следующим образом. Регистрирующую среду в виде, например, куба, являющуюся органическим молекулярным кристаллом, освещают при записи двумя взаимно перпендикулярными лазерными лучами с частотами (длина волны излучения порядка 110 - 400нм) и (длина волны излучения порядка 400 - 780нм). Длительность лазерных импульсов должна быть меньше времени тепловой релаксации спина электрона и равняться примерно причем сначала регистрирующую среду облучают лазерным лучом с частотой а по окончании импульса с частотой сразу без задержки следует импульс лазерного луча с частотой т.е. перевод электронов в долгоживущие триплетные состояния проходит в два этапа. Соответствующие этапы перехода указаны на фигуре поочередно стрелками "снизувверх", а спины электронов обозначены маленькими стрелками "вверх". Запись информации осуществляется только в точках пересечения двух указанных лазерных лучей, которая является ячейкой оперативной памяти. Ее объем составляет примерно 1мкм3. В кубе со стороной 1см можно создать более ячеек оперативной памяти (если диаметры лазерных лучей не превышают 1мкм), каждая из которых содержит возбужденных состояний. Наличие возбужденных состояний в ячейке эквивалентно записи логической единицы, а их отсутствие означает, что в ячейке записан логический ноль. Считывание информации осуществляют воздействием на регистрирующую среду ВЧизлучения и магнитного поля, что приводит к увеличению скорости переходов из возбужденных долгоживущих триплетных состояний в основное синглетное. Магнитное поле расщепляет триплет превращая его в синглет (на фигуре этот переход обозначен тремя стрелками), а воздействие ВЧ-излучения приводит к перераспределению электронов с разными ориентациями спинов по полученным после расщепления магнитным полем энергетическим подуровням (на фигуре спины электронов показаны маленькими стрелками "вверх" и "вниз"). Время жизни электронов, находящихся на синглетном уровне очень мало, так как переходы типа "синглет - синглет" являются разрешенными (спиновый момент синглета равен нулю), и поэтому электроны практически мгновенно переходят в основное состояние с излучением квантов энергии (длина волны излучения w - около 300 - 500нм). На чертеже разрешенный переход при считывании обозначен стрелкой "вниз". Причем частота ВЧ-излучения и напряженность магнитного поля связаны между собой соотношением, приведенным ранее. После воздействия ВЧ-излучения. которому подвергают всю записанную на регистрирующей среде информацию (весь кристалл), магнитное поле создают в каждой отдельной информационной ячейке кристалла на очень короткий промежуток времени, равный времени жизни электронов, которые находятся на синглетном уровне и считывают таким образом последовательно всю записанную на кристалле информацию для того, чтобы надежно осуществить запись новой информации. Такая цикличность работы предопределяет использование заявляемого способа записи и считывания информации в трехмерном пространстве в качестве оперативной памяти ЭВМ. Значения лежат в пределах десятков или сотен Гаусс, что осуществляют с помощью трех взаимно перпендикулярных катушек Гельмгольца, которые позволяют очень точно сфокусировать магнитное поле в заданное место трехмерного пространства. Время воздействия ВЧ-излучения должно быть не больше а магнитного поля не меньше времени переориентации спина электрона Высвечивание возбужденных состояний регистрируют фотоэлектронным умножителем (известно, что возможна регистрация излучения с объема, содержащего всего возбужденных состояний, что гораздо меньше, чем содержится в 1мкм3 регистрирующей среды). Таким образом, заявляемый способ позволяет записывать информацию в трехмерном пространстве и существенно увеличивает объем оперативной памяти.