Vědci z University of Southampton vyvinuli rychlou laserovou metodu psaní a energeticky efektivní k výrobě vysokohustotních nanostruktur v křemičitém skle. Tyto drobné struktury lze použít pro optické ukládání dat dlouhodobý pětirozměrný (5D), více než 10.000 XNUMXkrát hustší než technologie ukládání optických disků Blue-Ray.
Tento typ ukládání dat využívá tři vrstvy body v nanoměřítku na skleněném disku. Velikost, orientace a poloha (ve třech rozměrech) bodů dávají pět "rozměrů" používaných ke kódování dat.
Podle vyšetřovatelů, 5D disk může být stále čitelný i po 13.8 miliardách let, ale bylo by překvapivé, kdyby to v té době ještě někdo četl. Krátkodobě by 5D optická média mohla přežít i po zahřátí na 1.000 stupňů Celsia.
Technika vyvinutý doktorandem Yuhao Lei používá femtosekundový laser vysoká opakovací frekvence. Proces začíná seedacím impulsem, který vytváří nano vakuum, ale rychlý impuls ve skutečnosti nepotřebuje zapisovat data. Opakované slabé pulzy využívají fenomén známý jako vylepšení blízkého pole k hladšímu tvarování nanostruktur. Vědci vyhodnocovali laserové pulsy při různých úrovních výkonu a našli úroveň, která urychluje zápis bez poškození disku z křemičitého skla.
Studie uvádí maximální rychlost přenosu dat jeden milion voxelů za sekundu, ale každý bit vyžaduje několik voxelů v 5D optických systémech. To odpovídá datové rychlosti přibližně 230 kilobajtů za sekundu. V tuto chvíli je možné zaplnit některý z disků, jehož kapacita se odhaduje na 500 TB. Zápis tak velkého množství dat by zabral zhruba dva měsíce, po kterých by to nešlo změnit.
"Jednotlivci a organizace generují stále větší soubory dat, což zoufale potřebuje efektivnější formy ukládání dat s vysokou kapacitou, nízkou spotřebou energie a dlouhou životností," řekl výzkumník Yuhao Lei z University of Southampton ve Velké Británii. "Zatímco cloudové systémy jsou spíše navrženy pro dočasná data, věříme, že 5D ukládání dat ve skle by mohlo být užitečné pro dlouhodobější ukládání dat pro národní archivy, muzea, knihovny nebo soukromé organizace."
Ačkoli optické ukládání 5D dat v průhledných materiálech bylo prokázáno již v minulosti, bylo prokázáno, že je obtížné zapisovat data dostatečně rychle a s dostatečnou hustotou pro aplikace v reálném světě. Aby vědci překonali tuto překážku, použili femtosekundový laser s vysokou opakovací frekvencí k vytvoření malých jamek, které obsahují jedinečnou strukturu podobnou nanolamelám, každá o rozměrech pouhých 500 x 50 nanometrů.
Namísto použití femtosekundového laseru k přímému zápisu na sklo výzkumníci využili světlo k vytvoření optického jevu známého jako vylepšení blízkého pole, ve kterém je struktura podobná nanolamele generována několika slabými pulzy. nano vakuum generované jednopulzní mikroexplozí. Použití vylepšení blízkého pole k výrobě nanostruktur minimalizovalo tepelné poškození, které bylo problematické pro jiné přístupy využívající vysokofrekvenční opakující se lasery.
Jelikož jsou nanostruktury anizotropní, vytvářejí dvojlom, který lze charakterizovat orientací pomalé osy světla (4. rozměr, odpovídající orientaci nanolaminátové struktury) a zpožďovací silou (5. rozměr, definovaný velikostí nanostruktury) . Při záznamu dat na sklo lze orientaci pomalé osy a sílu zpoždění řídit polarizací a intenzitou světla.
"Tento nový přístup zlepšuje rychlost zápisu dat na praktickou úroveň, takže můžeme zapsat desítky gigabajtů dat za rozumnou dobu," řekl Lei. Vysoce lokalizované přesné nanostruktury umožňují větší datovou kapacitu, protože v jednotkovém objemu lze zapsat více voxelů. Navíc použití pulzního světla snižuje energii potřebnou k zápisu. «
Vědci použili svou novou metodu k zápisu 5 gigabajtů textových dat na skleněný disk. oxid křemičitý o velikosti běžného kompaktního disku, s přesností čtení téměř 100 %. Každý voxel obsahoval čtyři bity informací a oba voxely odpovídaly jednomu znaku textu. S hustotou zápisu, kterou metoda nabízí, by se na disk vešlo 500 terabajtů dat. Díky aktualizacím systému, které umožňují paralelní zápis, by podle vědců mělo být možné zapsat takové množství dat přibližně za 60 dní.
Se současným systémem máme možnost uchovat terabajty dat, která by mohla být použita, například pro zachování informací o DNA člověka, který nyní pracuje na zvýšení rychlosti zápisu své metody a zpřístupnění technologie mimo laboratoř. Bude také nutné vyvinout rychlejší metody čtení dat pro praktické aplikace datových skladů.
zdroj: https://www.osapublishing.org/