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钻石的色心是近年来研究人员和科学界非常感兴趣的事物。在深入探讨它们如何帮助满足我们日益增长的存储需求之前，让我们先快速了解一下钻石中的这些色心是什么。
色心是材料键结构中的缺陷。在这种情况下，键意味着分子内原子或离子之间的长期吸引力。束缚原子或离子的力可能是带相反电荷的离子之间的静电力。它也可能源于电子共享。
键结构内的缺陷可以表现为不同的形式，例如空穴、激子、空位或杂质。激子不过是处于激发态的电子。
色心存在于材料中键结构发生改变的局部点。色心的形成会导致材料摩尔折射率的变化。然而，就钻石而言，色心在量子应用中非常有用。
更重要的是，科学界在过去几年中一直在研究色心，以改善其光学特性。他们发现氮空位中心特别有用，因为它具有高自旋基态，从低温到室温都有良好的自旋相干时间。
最近，纽约城市大学（CCNY）的物理学家们发明了一项技术，可以潜在地增强和扩大钻石中的数据存储容量。
这项研究名为“衍射极限以下的可逆光学数据存储”，重点研究光谱域中的多路复用存储技术。这意味着可以在钻石的同一位置存储许多不同的图像。它所需要的只是使用颜色略有不同的激光。因此，这将导致在共享同一微观点的不同原子中存储不同的信息。
据纽约城市大学博士后研究员汤姆·德洛德 (Tom Delord) 介绍，该方法能够找到需要“大容量存储”的“计算应用”的方法。
为了实现目前所取得的成果，纽约城市大学的科学家必须控制色心的电荷。他们通过使用窄带激光和非常精确的低温条件来实现这一目标。这里值得一提的是，低温学是一门研究材料及其在极低温度下的行为的科学。
从本质上讲，这项研究向我们展示了如何在有限的空间中存储更多数据。这一点越来越重要，因为这项研究和相关发展对于我们这个时代至关重要。我们需要存储的数据量每天都在呈指数级增长，这一事实凸显了这些发展的紧迫性。
具体来说，根据最新研究，全球纯数字形式的数据为 64 ZB，1 ZB 等于 1 万亿 GB。值得注意的是，全球 90% 的数据是在过去两年内产生的。预计到 2025 年，全球数据量将激增至150-175 ZB，其中仅物联网设备就占了 90 ZB。
鉴于数据生成量惊人地增长，通过操纵钻石色心开发的解决方案可以帮助轻松存储更多数据，从而显著扩大物理存储空间。考虑到各行各业对大量物理存储空间的需求日益增加，这一进步可谓恰逢其时。
例如，Facebook 每天要生成 4 PB 的数据，1 PB 相当于 100 万 GB 的数据。为了支持这一目标，Facebook 在全球拥有并运营着 18 个数据中心，占地 4000 万平方英尺。然而，Facebook 只是众多应对海量数据的科技巨头之一。谷歌搜索引擎每天处理 35 亿次查询，WhatsApp 用户每天交换超过 650 亿条消息，全球互联网用户每天生成近 2.5 千万亿字节的数据。这凸显了对存储、存储和更多存储的持续需求。
类似的研究早前也曾针对钻石色心展开，例如2015 年发表的研究，有助于了解钻石中原子级荧光缺陷作为量子密码和量子信息处理的理想固态平台，为该领域的后续研究奠定了基础。
这项研究测试了使用高强度和可重复制造方法的单光子源实现这一目的的可行性。研究注意到钻石中存在一个由锗和空位组成的新色心，研究人员将其称为 GeV 中心。
另一项研究于 2022 年发表，由佐贺大学和安达满纳米奇精密珠宝公司的研究人员进行，开发出了一种制造超高纯度钻石晶片的新方法。这些钻石晶片的直径为 5 厘米。
凭借其数据密度，这些晶圆可以存储相当于十亿张蓝光光盘的数据。从数据角度来看，一张典型的蓝光光盘可以存储多达 25 GB 的数据。因此，十亿张蓝光光盘相当于惊人的 25 EB 数据。为了实现这一壮举，该研究利用氮空位中心以超导量子比特（量子位）的形式存储数据。
安达满纳米奇精密珠宝公司于 2023 年 1 月 1 日起更名为Orbray 有限公司。该公司的产品范围广泛，包括精密珠宝、光纤元件和小型电机。根据应用，该公司迎合信息通信、半导体、工业机械、机器人、汽车、光学驱动设备、音频制造等领域。
虽然 Orbray 以生产专门用于存储的金刚石晶片而闻名，但业内很少有人开发出类似的存储解决方案。然而，值得注意的是，许多其他公司也在生产用于各种其他用途的金刚石晶片。这值得关注，因为鉴于他们现有的基础技术知识，这些公司在不久的将来也可能涉足存储解决方案。
另一家以制造金刚石晶片而闻名的公司是斯坦福先进材料公司。他们提供一种名为 CVD 金刚石晶片的产品，以其高端光学和热性能而闻名。此外，他们声称这些金刚石晶片拥有出色的物理和化学性能。值得注意的是，它们具有从紫外线到太赫兹的几乎连续的光学透明度波段，使其与多个波段范围兼容，包括 X 射线、紫外线、红外线、微波等。
CVD金刚石晶片具有许多一般光学材料几乎无法达到的性能，例如在高能量输入、低介电损耗、高拉曼增益、低光束畸变、耐腐蚀等方面能够发挥重要作用。
斯坦福的CVD金刚石晶片服务于许多行业，包括航空航天、军事等。它们在热管理方面非常高效，特别是在高功率、高频率、小型化和高度集成的电子元件中。
斯坦福先进材料公司总部位于美国加利福尼亚州森林湖，自 1994 年成立以来一直是一家私人控股公司。
另一家在制造金刚石晶片方面表现出色的半导体公司是 Akhan Semiconductors。2021 年，该公司制造了首批 300 毫米互补金属氧化物半导体 (CMOS) 金刚石晶片。该技术主要是为了提高电子产品的功率处理、热管理和耐用性而开发的。然而，它适用于各种行业和制造工艺。据 Akhan Semiconductor 首席执行官 Adam Khan 称，Akhan 的金刚石晶片将有助于制造更强大、更耐用的设备。
Akhan Semiconductor 总部位于美国伊利诺伊州，是一家私人控股公司，成立于 2012 年。根据最新消息，该公司于2022 年 2 月 17 日筹集了 2000 万美元。
例如，其Optane 技术有助于消除数据中心存储瓶颈，使用户能够处理更大、更实惠的数据集。其 3D NAND 技术产品以其容量和可靠性而闻名。其 EDSFF SSD 解决方案有助于以更低的成本实现更高的容量。
英特尔 2022 年营收为 631 亿美元，较 2021 年下降 160 亿美元，降幅 20%。该公司在研发方面投资了 175 亿美元，资本投资了 248 亿美元，并从运营中产生了 154 亿美元的现金和 (41) 亿美元的调整后自由现金流。
希捷是数据存储领域的另一家先行者，最近推出了一项重大创新。他们的最新产品是高性能、高效且耐用的多 PB 容量块存储系统，称为Exos® CORVAULT™。该系统的高密度特性可确保最佳空间利用率、延长生命周期并降低每 PB 的功耗。
此外，它还有助于减少数据中心的碳足迹，因为它需要更少的计算和网络资源。目前，该解决方案有两种版本：第一种版本在 1.2 米机架中提供高达 2.5 PB 的存储空间，而第二种版本在 1.0 米深机架中提供 1.5 PB 的存储空间。
截至 2023 年 6 月 30 日的财政年度，希捷的营收超过73 亿美元，远低于上一年的 115 亿美元。
目前正在进行大量研究，以更好地探索和了解钻石色心。研究人员的动机有很多，尤其是因为色心在光谱稳定性、波长和自旋特性方面表现出更好的光学特性。虽然钻石通常富含光学中心，但这些中心的确切来源通常仍不清楚。预计未来的研究无疑将提供进一步的见解。
钻石晶片是大容量数据存储的重大突破。目前，该领域正在开展大量研究。毫无疑问，更多地了解钻石晶片将有助于提高其作为存储系统的性能。
不过，为了给下一代半导体提供动力，日本千叶大学的科学家已经开发出一种使用激光制造金刚石晶片的方法。千叶大学工程学院教授 Hirofumi Hidai表示：
这种新开发的方法至关重要，其原因不仅仅在于将钻石用作半导体。它有助于开发控制钻石裂纹形成的机制，使裂纹能够沿着所需的平面生长。
今年 4 月，亚马逊网络服务与戴比尔斯的子公司 Element Six达成合作，共同开发用于量子密钥分发的合成钻石。此次合作的亮点在于他们的方法，即在钻石中创建色心。这些色心将吸收包含量子信息的光子，然后重新发射。
“我们（亚马逊）已经可以在相对较小的范围内做一些事情，但要真正将其推向全球范围——AWS 是一家全球性公司——还有一些事情需要开发。”
总而言之，世界将看到更多针对利用钻石色心的研究。并非所有研究都有助于改善数据存储，但其中许多研究都会。数据是我们现代世界运转的燃料。领先的公司未来将加大对有助于解决指数级增长的存储需求的解决方案的投资，这是很自然的。