Investigadors de la Universitat de Southampton han desenvolupat un mètode d'escriptura làser ràpid i energèticament eficient per produir nanoestructures d'alta densitat en vidre de sílice. Aquestes diminutes estructures es poden utilitzar per a l'emmagatzematge de dades òptiques de cinc dimensions (5D) a llarg termini, més de 10.000 vegades més denses que la tecnologia demmagatzematge de discos òptics Blue-Ray.
Aquest tipus d'emmagatzematge de dades utilitza tres capes de punts a nanoescala en un disc de vidre. La mida, orientació i posició (en tres dimensions) dels punts donen les cinc «dimensions» utilitzades per codificar les dades.
Segons els investigadors, un disc 5D encara podria ser llegible després de 13.8 mil milions d'anys, però seria sorprenent que algú encara fos a prop per llegir-lo en aquell moment. A curt termini, els mitjans òptics 5D també podrien sobreviure després d'escalfar-se a 1.000 graus Celsius.
la tècnica desenvolupada per l'investigador de doctorat Yuhao Lei utilitza un làser de femtosegons d'alta taxa de repetició. El procés comença amb un pols de sembra que crea un nanovador, però el pols ràpid no necessita realment escriure dades. Els polsos febles repetits exploten un fenomen conegut com a millora de camp proper per esculpir nanoestructures d'una manera més suau. Els investigadors van avaluar polsos de làser a diferents nivells de potència i van trobar un nivell que accelera l'escriptura sense fer malbé el disc de vidre de sílice.
L´estudi informa una velocitat màxima de dades d´un milió de vòxels per segon, però cada bit requereix diversos vòxels en sistemes òptics 5D. Això equival a una velocitat de dades daproximadament 230 kilobytes per segon. En aquest punt, és possible omplir un dels discos, la capacitat dels quals s'estima en 500 TB. Es necessitarien aproximadament dos mesos per escriure una quantitat tan gran de dades, després de les quals no es podria canviar.
"Els individus i les organitzacions estan generant conjunts de dades cada cop més grans, creant una necessitat desesperada de formes més eficients d'emmagatzematge de dades amb alta capacitat, baix consum d'energia i una llarga vida útil", va dir l'investigador Yuhao Lei, de la Universitat de Southampton, Regne Unit. “Si bé els sistemes basats en el núvol estan més dissenyats per a dades temporals, creiem que l‟emmagatzematge de dades 5D en vidre podria ser útil per a l‟emmagatzematge de dades a més llarg termini per a arxius nacionals, museus, biblioteques o organitzacions privades” , va afegir.
Tot i que l'emmagatzematge òptic de dades 5D en materials transparents s'ha demostrat al passat, s'ha demostrat que és difícil escriure dades prou ràpid i amb prou densitat per a aplicacions del món real. Per superar aquest obstacle, els investigadors van utilitzar un làser de femtosegons d'alta taxa de repetició per crear pous diminuts que contenen una estructura única similar a una nanolamela que només mesura 500 x 50 nanòmetres cadascuna.
En lloc d'usar el làser de femtosegons per escriure directament al vidre, els investigadors van aprofitar la llum per produir un fenomen òptic conegut com a millora de camp proper, en què es genera una estructura similar a una nanolamela mitjançant uns pocs polsos febles. nano buit generat per una microexplosió d'un sol pols. L'ús de la millora de camp proper per fabricar les nanoestructures ha minimitzat el dany tèrmic que ha estat problemàtic per a altres enfocaments que utilitzen làsers d'alta freqüència de repetició.
Atès que les nanoestructures són anisotròpiques, produeixen una birefringència que es pot caracteritzar per l'orientació de l'eix lent de la llum (4a dimensió, corresponent a l'orientació de l'estructura en forma de nanolaminat) i la força del retard (5a dimensió, definida per la mida de la nanoestructura). Quan les dades es registren al vidre, l'orientació de l'eix lent i la força del retard es poden controlar mitjançant la polarització i la intensitat de la llum, respectivament.
"Aquest nou enfocament millora la velocitat d'escriptura de dades a un nivell pràctic, de manera que podem escriure desenes de gigabytes de dades en una quantitat de temps raonable", va dir Lei. Les nanoestructures de precisió altament localitzades permeten més capacitat de dades, ja que es poden escriure més vòxels en una unitat de volum. A més, lús de llum polsada redueix lenergia necessària per escriure. «
Els investigadors van fer servir el seu nou mètode per escriure 5 gigabytes de dades de text en un disc de vidre de sílice de la mida d'un disc compacte convencional, amb una precisió de lectura de gairebé el 100%. Cada vòxel contenia quatre bits dinformació i tots dos vòxels coincidien amb un caràcter de text. Amb la densitat d'escriptura que ofereix el mètode, el disc podria contenir 500 terabytes de dades. Amb les actualitzacions del sistema que permeten l'escriptura paral·lela, els investigadors diuen que caldria escriure aquesta quantitat de dades en aproximadament 60 dies.
Amb el sistema actual, tenim la capacitat de preservar terabytes de dades, que podrien fer-se servir, per exemple, per preservar la informació de l'ADN d'una persona que ara treballa per augmentar la velocitat d'escriptura del vostre mètode i fer que la tecnologia es pugui utilitzar fora del laboratori. També caldrà desenvolupar mètodes més ràpids de lectura de dades per a aplicacions pràctiques demmagatzematge de dades.
font: https://www.osapublishing.org/