Forskere ved University of Southampton har udviklet en hurtig laserskrivningsmetode og energieffektive at producere nanostrukturer med høj densitet i silicaglas. Disse små strukturer kan bruges til optisk datalagring langsigtet femdimensionel (5D), mere end 10.000 gange tættere end Blue-Ray optisk disklagringsteknologi.
Denne type datalagring bruger tre lag nanoskalapunkter på en glasskive. Punkternes størrelse, orientering og position (i tre dimensioner) giver de fem "dimensioner", der bruges til at kode dataene.
Ifølge forskerne, en 5D-disk kan stadig være læsbar efter 13.8 milliarder år, men det ville være overraskende, hvis der stadig var nogen til at læse den på det tidspunkt. På kort sigt kunne 5D optiske medier også overleve efter at være blevet opvarmet til 1.000 grader Celsius.
Teknikken udviklet af ph.d.-forsker Yuhao Lei bruger en femtosekundlaser høj gentagelsesrate. Processen begynder med en seed-puls, der skaber et nano-vakuum, men den hurtige puls behøver faktisk ikke at skrive data. De gentagne svage pulser udnytter et fænomen kendt som nærfeltsforbedring til at forme nanostrukturer på en mere jævn måde. Forskerne evaluerede laserimpulser ved forskellige effektniveauer og fandt et niveau, der fremskynder skrivningen uden at beskadige silicaglasskiven.
Undersøgelsen rapporterer en maksimal datahastighed på en million voxels i sekundet, men hver bit kræver flere voxels i 5D optiske systemer. Det svarer til en datahastighed på cirka 230 kilobyte i sekundet. På dette tidspunkt er det muligt at fylde en af diskene, hvis kapacitet er anslået til 500 TB. Det ville tage omkring to måneder at skrive en så stor mængde data, hvorefter den ikke kunne ændres.
"Individer og organisationer genererer stadig større datasæt, hvilket skaber et desperat behov for mere effektive former for datalagring med høj kapacitet, lavt strømforbrug og lang levetid," siger forsker Yuhao Lei, fra University of Southampton, Storbritannien. "Mens skybaserede systemer er mere designet til midlertidige data, mener vi, at 5D-datalagring i glas kunne være nyttig til længerevarende datalagring for nationale arkiver, museer, biblioteker eller private organisationer." tilføjet.
Selvom 5D optisk datalagring på transparente materialer er blevet demonstreret tidligere, det er blevet vist, at det er svært at skrive data hurtigt nok og med tilstrækkelig tæthed til applikationer i den virkelige verden. For at overvinde denne forhindring brugte forskerne en femtosekundlaser med høj gentagelseshastighed til at skabe små brønde, der indeholder en unik nanolamel-lignende struktur, der kun måler 500 x 50 nanometer hver.
I stedet for at bruge femtosekund-laseren til at skrive direkte på glasset, udnyttede forskerne lyset til at producere et optisk fænomen kendt som nærfeltsforstærkning, hvor en nanolamella-lignende struktur genereres af nogle få svage impulser. nano-vakuum genereret af en enkelt puls mikroeksplosion. Brugen af nærfeltsforbedring til at fremstille nanostrukturerne har minimeret termisk skade, der har været problematisk for andre tilgange ved hjælp af højfrekvente gentagende lasere.
Da nanostrukturer er anisotrope, producerer de en dobbeltbrydning, der kan karakteriseres ved orienteringen af den langsomme lysakse (4. dimension, svarende til orienteringen af nanolaminatstrukturen) og forsinkelseskraften (5. dimension, defineret af nanostrukturstørrelsen) ). Når data optages på glas, kan orienteringen af den langsomme akse og styrken af forsinkelsen styres af henholdsvis polarisering og lysintensitet.
"Denne nye tilgang forbedrer dataskrivningshastigheden til et praktisk niveau, så vi kan skrive snesevis af gigabyte data på en rimelig tid," sagde Lei. Meget lokaliserede præcisionsnanostrukturer giver mulighed for større datakapacitet, da flere voxels kan skrives i en enhedsvolumen. Derudover reducerer brugen af pulserende lys den energi, der kræves for at skrive. «
Forskerne brugte deres nye metode til at skrive 5 gigabyte tekstdata til en glasdisk. silica på størrelse med en konventionel cd, med en læsenøjagtighed på næsten 100 %. Hver voxel indeholdt fire bits information, og begge voxels matchede et tegn af tekst. Med den skrivetæthed, som metoden tilbyder, kunne disken indeholde 500 terabyte data. Med systemopdateringer, der tillader parallelskrivning, siger forskerne, at det burde være muligt at skrive denne mængde data på omkring 60 dage.
Med det nuværende system har vi mulighed for at bevare terabytes af data, som kunne bruges, for eksempel at bevare DNA-oplysningerne hos en person, der nu arbejder på at øge skrivehastigheden på sin metode og gøre teknologien brugbar uden for laboratoriet. Det vil også være nødvendigt at udvikle hurtigere metoder til at læse data til praktiske data warehousing applikationer.
kilde: https://www.osapublishing.org/