Изследователи от университета в Саутхемптън са разработили бърз метод за лазерно писане и енергийно ефективни за производство на наноструктури с висока плътност в силициевото стъкло. Тези малки структури може да се използва за оптично съхранение на данни дългосрочно петизмерно (5D), повече от 10.000 XNUMX пъти по-плътно от технологията за съхранение на оптични дискове Blue-Ray.
Този тип съхранение на данни използва три слоя наномащабни точки на стъклен диск. Размерът, ориентацията и позицията (в три измерения) на точките дават петте "измерения", използвани за кодиране на данните.
Според следователите, 5D диск все още може да бъде четим след 13.8 милиарда години, но би било изненадващо, ако някой все още беше наоколо, за да го прочете по това време. В краткосрочен план 5D оптичните носители биха могли да оцелеят и след нагряване до 1.000 градуса по Целзий.
техниката разработен от докторския изследовател Юхао Лей използва фемтосекунден лазер висока честота на повторение. Процесът започва с импулс за засяване, който създава нано вакуум, но бързият импулс всъщност не трябва да записва данни. Повтарящите се слаби импулси използват явление, известно като усилване на близкото поле, за да извайват наноструктури по по-гладък начин. Изследователите оцениха лазерните импулси при различни нива на мощност и откриха ниво, което ускорява писането, без да уврежда диска от силициев диоксид.
Проучването отчита максимална скорост на данни от един милион воксела в секунда, но всеки бит изисква няколко воксела в 5D оптични системи. Това се равнява на скорост на данни от приблизително 230 килобайта в секунда. В този момент е възможно да се запълни един от дисковете, чийто капацитет се оценява на 500 TB. Записването на толкова голямо количество данни ще отнеме около два месеца, след което не може да бъде променено.
„Лица и организации генерират все по-големи набори от данни, създавайки отчаяна нужда от по-ефективни форми за съхранение на данни с висок капацитет, ниска консумация на енергия и дълъг живот“, каза изследователят Юхао Лей от университета в Саутхемптън, Обединеното кралство. „Докато облачните системи са предназначени повече за временни данни, ние вярваме, че съхранението на 5D данни в стъкло може да бъде полезно за по-дългосрочно съхранение на данни за национални архиви, музеи, библиотеки или частни организации.
Въпреки че оптичното съхранение на 5D данни в прозрачни материали е демонстрирано в миналото, е доказано, че трудно е да се записват данни достатъчно бързо и с достатъчна плътност за приложения в реалния свят. За да преодолеят това препятствие, изследователите са използвали фемтосекунден лазер с висока честота на повторение, за да създадат малки кладенци, които съдържат уникална структура, подобна на наноламела, с размери само 500 x 50 нанометра всяка.
Вместо да използват фемтосекундния лазер, за да пишат директно върху стъклото, изследователите впрегнаха светлината, за да произведат оптичен феномен, известен като усилване на близкото поле, при което структура, подобна на наноламела, се генерира от няколко слаби импулса. нано вакуум, генериран от едноимпулсна микро експлозия. Използването на усилване на близкото поле за производство на наноструктурите минимизира термичните щети, които са проблематични за други подходи, използващи високочестотни повтарящи се лазери.
Тъй като наноструктурите са анизотропни, те произвеждат двойно пречупване, което може да се характеризира с ориентацията на бавната ос на светлината (4-то измерение, съответстващо на ориентацията на наноламинатната структура) и силата на забавяне (5-то измерение, определено от размера на наноструктурата). Когато данните се записват върху стъкло, ориентацията на бавната ос и силата на закъснението могат да се контролират съответно от поляризацията и интензитета на светлината.
„Този нов подход подобрява скоростта на запис на данни до практическо ниво, така че да можем да запишем десетки гигабайта данни за разумен период от време“, каза Лей. Силно локализираните прецизни наноструктури позволяват по-голям капацитет на данни, тъй като повече воксели могат да бъдат записани в единичен обем. В допълнение, използването на импулсна светлина намалява енергията, необходима за писане. «
Изследователите използваха новия си метод, за да запишат 5 гигабайта текстови данни на стъклен диск. силициев диоксид с размерите на конвенционален компакт диск, с точност на отчитане от почти 100%. Всеки воксел съдържаше четири бита информация и двата воксела съответстваха на един символ от текст. С плътността на запис, предлагана от метода, дискът може да побере 500 терабайта данни. С системните актуализации, които позволяват паралелно писане, изследователите казват, че би трябвало да е възможно да се напише това количество данни за около 60 дни.
С настоящата система имаме възможност да запазим терабайти данни, които могат да бъдат използвани, например, за да запази ДНК информацията на човек, който сега работи за увеличаване на скоростта на писане на своя метод и да направи технологията използваема извън лабораторията. Ще е необходимо също така да се разработят по-бързи методи за четене на данни за практически приложения за съхранение на данни.
Fuente: https://www.osapublishing.org/