Southamptoni ülikooli teadlased on välja töötanud kiire laserkirjutamismeetodi ja energiatõhusad toota suure tihedusega nanostruktuure ränidioksiidi klaasist. Need pisikesed struktuurid saab kasutada optiliste andmete salvestamiseks pikaajaline viiemõõtmeline (5D), rohkem kui 10.000 XNUMX korda tihedam kui Blue-Ray optilise ketta salvestustehnoloogia.
Seda tüüpi andmesalvestus kasutab kolme kihti nanomõõtmelised punktid klaaskettal. Punktide suurus, suund ja asukoht (kolmes mõõtmes) annavad andmete kodeerimiseks kasutatud viis "mõõdet".
Vastavalt uurijad, 5D-ketas võib olla loetav ka pärast 13.8 miljardit aastat, aga oleks üllatav, kui keegi oleks seda tol ajal veel lugemas. Lühiajalises perspektiivis võivad 5D-optilised kandjad ka pärast 1.000 kraadini Celsiuse järgi kuumutamist ellu jääda.
Tehnika mille on välja töötanud PhD teadur Yuhao Lei, kasutab femtosekundi laserit kõrge kordussagedus. Protsess algab külviimpulsiga, mis loob nanovaakumi, kuid kiire impulss ei pea tegelikult andmeid kirjutama. Korduvad nõrgad impulsid kasutavad nanostruktuuride sujuvamaks kujundamiseks ära nähtust, mida nimetatakse lähivälja võimendamiseks. Teadlased hindasid laserimpulsse erinevatel võimsustasemetel ja leidsid taseme, mis kiirendab kirjutamist, kahjustamata ränidioksiidklaasist ketast.
Uuringu kohaselt on maksimaalne andmeedastuskiirus üks miljon vokslit sekundis, kuid iga bitt nõuab 5D-optilistes süsteemides mitut vokslit. See võrdub andmeedastuskiirusega umbes 230 kilobaiti sekundis. Siinkohal on võimalik täita üks ketastest, mille maht on hinnanguliselt 500 TB. Nii suure andmehulga kirjutamiseks kuluks umbes kaks kuud, pärast seda ei saanud seda enam muuta.
"Inimesed ja organisatsioonid loovad üha suuremaid andmekogumeid, tekitades hädasti vajaduse tõhusamate andmesalvestusvormide järele, millel on suur võimsus, väike energiatarbimine ja pikk kasutusiga," ütles teadlane Yuhao Lei Ühendkuningriigi Southamptoni ülikoolist. "Kuigi pilvepõhised süsteemid on rohkem mõeldud ajutiste andmete jaoks, usume, et 5D-andmete klaasis hoidmine võib olla kasulik riiklike arhiivide, muuseumide, raamatukogude või eraorganisatsioonide pikaajaliseks andmete salvestamiseks." lisas.
Kuigi 5D-andmete optilist salvestamist läbipaistvates materjalides on varem demonstreeritud, seda on näidatud reaalmaailma rakenduste jaoks on raske andmeid piisavalt kiiresti ja piisava tihedusega kirjutada. Selle tõkke ületamiseks kasutasid teadlased suure kordussagedusega femtosekundilist laserit, et luua pisikesi süvendeid, mis sisaldavad ainulaadset nanolamellitaolist struktuuri, millest igaüks on vaid 500 x 50 nanomeetrit.
Selle asemel, et kasutada femtosekundilist laserit otse klaasile kirjutamiseks, kasutasid teadlased valgust, et tekitada optiline nähtus, mida tuntakse lähivälja võimendusena, kus nanolamellitaoline struktuur genereeritakse mõne nõrga impulsiga. nanovaakum, mis tekib ühe impulsi mikroplahvatusel. Lähivälja täiustamise kasutamine nanostruktuuride valmistamiseks on minimeerinud termilisi kahjustusi, mis on olnud problemaatilised teiste kõrgsageduslikke korduvaid lasereid kasutavate lähenemisviiside puhul.
Kuna nanostruktuurid on anisotroopsed, tekitavad nad kaksikmurdmist, mida saab iseloomustada valguse aeglase telje orientatsiooniga (4. mõõde, mis vastab nanolaminaadi struktuuri orientatsioonile) ja viitejõuga (5. mõõde, mis on määratud nanostruktuuri suuruse järgi) . Andmete salvestamisel klaasile saab aeglase telje orientatsiooni ja viivituse tugevust juhtida vastavalt polarisatsiooni ja valguse intensiivsusega.
"See uus lähenemisviis parandab andmete kirjutamise kiirust praktilisele tasemele, et saaksime mõistliku aja jooksul kirjutada kümneid gigabaite andmeid," ütles Lei. Väga lokaliseeritud täppis-nanostruktuurid võimaldavad suuremat andmemahtu, kuna mahuühikusse saab kirjutada rohkem voksleid. Lisaks vähendab impulssvalguse kasutamine kirjutamiseks vajalikku energiat. «
Teadlased kirjutasid oma uue meetodi abil klaaskettale 5 gigabaiti tekstiandmeid. tavalise kompaktplaadi suurune ränidioksiid, lugemise täpsusega peaaegu 100%. Iga voksel sisaldas nelja bitti teavet ja mõlemad vokslid vastasid ühele tekstimärgile. Meetodi pakutava kirjutustihedusega mahutab ketas 500 terabaiti andmeid. Paralleelset kirjutamist võimaldavate süsteemivärskendustega peaks teadlaste sõnul olema võimalik seda andmemahtu kirjutada umbes 60 päevaga.
Praeguse süsteemiga on meil võimalus säilitada terabaite andmeid, mida saaks kasutada, näiteks säilitada DNA-info inimesel, kes praegu töötab selle nimel, et oma meetodi kirjutamiskiirust tõsta ja tehnoloogia väljaspool laborit kasutatavaks teha. Samuti on vaja välja töötada kiiremad meetodid andmete lugemiseks praktiliste andmelaorakenduste jaoks.
allikas: https://www.osapublishing.org/