Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Σαουθάμπτον ανέπτυξαν μια γρήγορη μέθοδο γραφής με λέιζερ και ενεργειακά αποδοτική για την παραγωγή νανοδομών υψηλής πυκνότητας σε γυαλί πυριτίου. Αυτές οι μικροσκοπικές κατασκευές μπορεί να χρησιμοποιηθεί για αποθήκευση οπτικών δεδομένων μακροπρόθεσμη πενταδιάστατη (5D), περισσότερο από 10.000 φορές πυκνότερη από την τεχνολογία αποθήκευσης οπτικών δίσκων Blue-Ray.
Αυτός ο τύπος αποθήκευσης δεδομένων χρησιμοποιεί τρία επίπεδα σημεία νανοκλίμακας σε γυάλινο δίσκο. Το μέγεθος, ο προσανατολισμός και η θέση (σε τρεις διαστάσεις) των σημείων δίνουν τις πέντε «διαστάσεις» που χρησιμοποιούνται για την κωδικοποίηση των δεδομένων.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, ένας δίσκος 5D μπορεί να είναι ακόμα αναγνώσιμος μετά από 13.8 δισεκατομμύρια χρόνια, αλλά θα ήταν περίεργο αν κάποιος ήταν ακόμα κοντά για να το διαβάσει εκείνη τη στιγμή. Βραχυπρόθεσμα, τα 5D οπτικά μέσα θα μπορούσαν επίσης να επιβιώσουν αφού θερμανθούν στους 1.000 βαθμούς Κελσίου.
Η τεχνική που αναπτύχθηκε από τον ερευνητή PhD Yuhao Lei χρησιμοποιεί ένα λέιζερ femtosecond υψηλό ποσοστό επανάληψης. Η διαδικασία ξεκινά με έναν παλμό σποράς που δημιουργεί ένα νανοκενό, αλλά ο γρήγορος παλμός δεν χρειάζεται στην πραγματικότητα να γράψει δεδομένα. Οι επαναλαμβανόμενοι ασθενείς παλμοί εκμεταλλεύονται ένα φαινόμενο που είναι γνωστό ως ενίσχυση κοντινού πεδίου για να σμιλεύσουν τις νανοδομές με πιο ομαλό τρόπο. Οι ερευνητές αξιολόγησαν τους παλμούς λέιζερ σε διαφορετικά επίπεδα ισχύος και βρήκαν ένα επίπεδο που επιταχύνει τη γραφή χωρίς να καταστρέφει τον δίσκο από γυαλί πυριτίου.
Η μελέτη αναφέρει μέγιστο ρυθμό δεδομένων ενός εκατομμυρίου voxel ανά δευτερόλεπτο, αλλά κάθε bit απαιτεί πολλά voxel σε 5D οπτικά συστήματα. Αυτό ισοδυναμεί με ρυθμό μετάδοσης δεδομένων περίπου 230 kilobyte ανά δευτερόλεπτο. Σε αυτό το σημείο, είναι δυνατή η πλήρωση ενός από τους δίσκους, η χωρητικότητα του οποίου υπολογίζεται στα 500 TB. Θα χρειαζόταν περίπου δύο μήνες για να γραφτεί ένας τόσο μεγάλος όγκος δεδομένων, μετά τον οποίο δεν θα μπορούσε να αλλάξει.
«Τα άτομα και οι οργανισμοί δημιουργούν όλο και μεγαλύτερα σύνολα δεδομένων, δημιουργώντας μια απελπιστική ανάγκη για πιο αποτελεσματικές μορφές αποθήκευσης δεδομένων με υψηλή χωρητικότητα, χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και μεγάλη διάρκεια ζωής», δήλωσε ο ερευνητής Yuhao Lei, από το Πανεπιστήμιο του Southampton, UK. «Ενώ τα συστήματα που βασίζονται στο cloud είναι περισσότερο σχεδιασμένα για προσωρινά δεδομένα, πιστεύουμε ότι η αποθήκευση δεδομένων 5D σε γυαλί θα μπορούσε να είναι χρήσιμη για μακροπρόθεσμη αποθήκευση δεδομένων για εθνικά αρχεία, μουσεία, βιβλιοθήκες ή ιδιωτικούς οργανισμούς», πρόσθεσε.
Αν και η οπτική αποθήκευση δεδομένων 5D σε διαφανή υλικά έχει αποδειχθεί στο παρελθόν, έχει αποδειχθεί ότι είναι δύσκολο να γραφτούν δεδομένα αρκετά γρήγορα και με αρκετή πυκνότητα για εφαρμογές πραγματικού κόσμου. Για να ξεπεράσουν αυτό το εμπόδιο, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα λέιζερ υψηλού ποσοστού επανάληψης femtosecond για να δημιουργήσουν μικροσκοπικά φρεάτια που περιέχουν μια μοναδική δομή που μοιάζει με νανολαμέλλα με διαστάσεις μόλις 500 x 50 νανόμετρα το καθένα.
Αντί να χρησιμοποιήσουν το λέιζερ femtosecond για να γράψουν απευθείας στο γυαλί, οι ερευνητές αξιοποίησαν το φως για να δημιουργήσουν ένα οπτικό φαινόμενο γνωστό ως ενίσχυση κοντινού πεδίου, στο οποίο δημιουργείται μια δομή που μοιάζει με νανολαμέλα από μερικούς ασθενείς παλμούς. νανο κενό που δημιουργείται από μια μικροέκρηξη ενός παλμού. Η χρήση βελτίωσης κοντινού πεδίου για την κατασκευή των νανοδομών έχει ελαχιστοποιήσει τη θερμική βλάβη που ήταν προβληματική για άλλες προσεγγίσεις που χρησιμοποιούν επαναλαμβανόμενα λέιζερ υψηλής συχνότητας.
Δεδομένου ότι οι νανοδομές είναι ανισότροπες, παράγουν μια διπλή διάθλαση που μπορεί να χαρακτηριστεί από τον προσανατολισμό του αργού άξονα του φωτός (4η διάσταση, που αντιστοιχεί στον προσανατολισμό της δομής νανοελαμινικού υλικού) και τη δύναμη καθυστέρησης (5η διάσταση, που ορίζεται από το μέγεθος της νανοδομής). Όταν τα δεδομένα καταγράφονται σε γυαλί, ο προσανατολισμός του αργού άξονα και η ισχύς της καθυστέρησης μπορούν να ελεγχθούν από την πόλωση και την ένταση του φωτός, αντίστοιχα.
«Αυτή η νέα προσέγγιση βελτιώνει την ταχύτητα εγγραφής δεδομένων σε πρακτικό επίπεδο, έτσι ώστε να μπορούμε να γράφουμε δεκάδες gigabyte δεδομένων σε εύλογο χρονικό διάστημα», είπε ο Lei. Οι νανοδομές υψηλής τοπικής ακρίβειας επιτρέπουν μεγαλύτερη χωρητικότητα δεδομένων, καθώς περισσότερα voxel μπορούν να γραφτούν σε έναν όγκο μονάδας. Επιπλέον, η χρήση παλμικού φωτός μειώνει την ενέργεια που απαιτείται για την εγγραφή. «
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τη νέα τους μέθοδο για να γράψουν 5 gigabyte δεδομένων κειμένου σε έναν γυάλινο δίσκο. πυρίτιο στο μέγεθος ενός συμβατικού συμπαγούς δίσκου, με ακρίβεια ανάγνωσης σχεδόν 100%. Κάθε voxel περιείχε τέσσερα bit πληροφοριών και τα δύο voxel ταίριαζαν με έναν χαρακτήρα κειμένου. Με την πυκνότητα εγγραφής που προσφέρει η μέθοδος, ο δίσκος μπορούσε να χωρέσει 500 terabyte δεδομένων. Με ενημερώσεις συστήματος που επιτρέπουν την παράλληλη γραφή, οι ερευνητές λένε ότι θα πρέπει να είναι δυνατή η εγγραφή αυτού του όγκου δεδομένων σε περίπου 60 ημέρες.
Με το τρέχον σύστημα, έχουμε τη δυνατότητα να διατηρήσουμε terabyte δεδομένων, τα οποία θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν, για παράδειγμα, να διατηρήσει τις πληροφορίες DNA ενός ατόμου που τώρα εργάζεται για να αυξήσει την ταχύτητα γραφής της μεθόδου του και να κάνει την τεχνολογία χρησιμοποιήσιμη εκτός εργαστηρίου. Θα είναι επίσης απαραίτητο να αναπτυχθούν ταχύτερες μέθοδοι ανάγνωσης δεδομένων για πρακτικές εφαρμογές αποθήκευσης δεδομένων.
πηγή: https://www.osapublishing.org/