Istraživači sa Univerziteta u Southamptonu razvili su brzi laserski metod pisanja i energetski efikasan za proizvodnju nanostruktura visoke gustine u silicijum staklu. Ove male strukture može se koristiti za optičko skladištenje podataka dugoročno petodimenzionalno (5D), više od 10.000 puta gušće od tehnologije Blue-Ray optičkog diska.
Ova vrsta skladištenja podataka koristi tri sloja tačke na nanoskali na staklenom disku. Veličina, orijentacija i položaj (u tri dimenzije) tačaka daju pet "dimenzija" koje se koriste za kodiranje podataka.
Prema istraživačima, 5D disk bi mogao i dalje biti čitljiv nakon 13.8 milijardi godina, ali bi bilo iznenađujuće da je neko još uvek bio u blizini da je pročita u to vreme. Kratkoročno, 5D optički mediji bi također mogli preživjeti nakon zagrijavanja na 1.000 stepeni Celzijusa.
Tehnika koju je razvio doktorski istraživač Yuhao Lei koristi femtosekundni laser visoka stopa ponavljanja. Proces počinje sa zasijavanjem impulsa koji stvara nano vakuum, ali brzi puls zapravo ne treba da piše podatke. Ponovljeni slabi impulsi iskorištavaju fenomen poznat kao poboljšanje bliskog polja za oblikovanje nanostruktura na glatkiji način. Istraživači su procijenili laserske impulse na različitim nivoima snage i pronašli nivo koji ubrzava pisanje bez oštećenja diska od silicijumskog stakla.
Studija izvještava o maksimalnoj brzini podataka od milion voksela u sekundi, ali svaki bit zahtijeva nekoliko voksela u 5D optičkim sistemima. Ovo je jednako brzini podataka od približno 230 kilobajta u sekundi. U ovom trenutku moguće je napuniti jedan od diskova, čiji se kapacitet procjenjuje na 500 TB. Za pisanje tako velike količine podataka bilo bi potrebno oko dva mjeseca, nakon čega se ne mogu mijenjati.
"Pojedinci i organizacije stvaraju sve veće skupove podataka, stvarajući očajničku potrebu za efikasnijim oblicima skladištenja podataka sa visokim kapacitetom, malom potrošnjom energije i dugim životnim vijekom", rekao je istraživač Yuhao Lei sa Univerziteta Southampton, UK. "Dok su sistemi zasnovani na oblaku više dizajnirani za privremene podatke, vjerujemo da bi 5D skladištenje podataka u staklu moglo biti korisno za dugotrajnije skladištenje podataka za nacionalne arhive, muzeje, biblioteke ili privatne organizacije", dodao je.
Iako je optičko skladištenje 5D podataka u prozirnim materijalima demonstrirano u prošlosti, pokazalo se da teško je pisati podatke dovoljno brzo i dovoljno gustine za primjene u stvarnom svijetu. Da bi prevazišli ovu prepreku, istraživači su koristili femtosekundni laser visoke stope ponavljanja kako bi stvorili sićušne bušotine koje sadrže jedinstvenu strukturu nalik nanolameli veličine samo 500 x 50 nanometara svaki.
Umjesto da koriste femtosekundni laser za pisanje direktno na staklu, istraživači su iskoristili svjetlost da proizvedu optički fenomen poznat kao poboljšanje bliskog polja, u kojem se struktura nalik nanolameli generira pomoću nekoliko slabih impulsa. nano vakuum generiran jednom impulsnom mikro eksplozijom. Upotreba poboljšanja u bliskom polju za proizvodnju nanostruktura minimizirala je termička oštećenja koja su bila problematična za druge pristupe koji koriste visokofrekventne ponavljajuće lasere.
Budući da su nanostrukture anizotropne, one proizvode dvolom koji se može okarakterizirati orijentacijom spore osi svjetlosti (4. dimenzija, koja odgovara orijentaciji nanolaminatne strukture) i silom kašnjenja (5. dimenzija, definirana veličinom nanostrukture) . Kada se podaci snimaju na staklu, orijentacija spore ose i jačina kašnjenja mogu se kontrolisati polarizacijom i intenzitetom svetlosti, respektivno.
"Ovaj novi pristup poboljšava brzinu pisanja podataka na praktičan nivo, tako da možemo napisati desetine gigabajta podataka u razumnom vremenu", rekao je Lei. Visoko lokalizirane precizne nanostrukture omogućavaju veći kapacitet podataka, jer se više voksela može upisati u jedinični volumen. Osim toga, korištenje pulsirajućeg svjetla smanjuje energiju potrebnu za pisanje. «
Istraživači su koristili svoju novu metodu za pisanje 5 gigabajta tekstualnih podataka na stakleni disk. silicijum dioksid veličine konvencionalnog kompakt diska, sa tačnošću očitavanja od skoro 100%. Svaki voksel je sadržavao četiri bita informacija, a oba voksela su odgovarala jednom karakteru teksta. Uz gustoću pisanja koju nudi metoda, disk je mogao držati 500 terabajta podataka. Uz ažuriranja sistema koja omogućavaju paralelno pisanje, istraživači kažu da bi trebalo biti moguće napisati ovu količinu podataka za oko 60 dana.
Sa trenutnim sistemom, imamo mogućnost da sačuvamo terabajte podataka koji bi mogli da se koriste, na primjer, da se sačuvaju informacije o DNK osobe koja sada radi na povećanju brzine pisanja svoje metode i učini tehnologiju upotrebljivom izvan laboratorija. Također će biti potrebno razviti brže metode čitanja podataka za praktične aplikacije za skladištenje podataka.
Izvor: https://www.osapublishing.org/