Southamptonin yliopiston tutkijat ovat kehittäneet nopean laserkirjoitusmenetelmän ja energiatehokas tuottaa suuritiheyksisiä nanorakenteita piidioksidilasissa. Nämä pienet rakenteet voidaan käyttää optisen tiedon tallentamiseen pitkäaikainen viisiulotteinen (5D), yli 10.000 XNUMX kertaa tiheämpi kuin Blue-Ray-optisen levyn tallennustekniikka.
Tämän tyyppinen tietojen tallennus käyttää kolmea kerrosta nanomittakaavan pisteet lasilevyllä. Pisteiden koko, suunta ja sijainti (kolmessa ulottuvuudessa) antavat viisi "ulottuvuutta", joita käytetään tietojen koodaamiseen.
Tutkijoiden mukaan 5D-levy saattaa olla edelleen luettavissa 13.8 miljardin vuoden jälkeen, mutta olisi yllättävää, jos joku olisi vielä lukemassa sitä tuolloin. Lyhyellä aikavälillä 5D-optiset mediat voisivat selviytyä myös 1.000 celsiusasteeseen kuumennettaessa.
tekniikka PhD-tutkija Yuhao Lei on kehittänyt femtosekuntilaserin korkea toistonopeus. Prosessi alkaa kylvöpulssilla, joka luo nanotyhjiön, mutta nopean pulssin ei itse asiassa tarvitse kirjoittaa dataa. Toistuvat heikot pulssit hyödyntävät lähikentän tehostamisena tunnettua ilmiötä muotoillakseen nanorakenteita tasaisemmin. Tutkijat arvioivat laserpulsseja eri tehotasoilla ja löysivät tason, joka nopeuttaa kirjoittamista vahingoittamatta piidioksidilasilevyä.
Tutkimus raportoi maksimidatanopeudeksi miljoona vokseliä sekunnissa, mutta jokainen bitti vaatii useita vokseleita 5D-optisissa järjestelmissä. Tämä vastaa noin 230 kilotavun tiedonsiirtonopeutta. Tässä vaiheessa on mahdollista täyttää yksi levyistä, jonka kapasiteetti on arviolta 500 TB. Näin suuren datamäärän kirjoittaminen kestäisi noin kaksi kuukautta, minkä jälkeen sitä ei voitu muuttaa.
"Yksilöt ja organisaatiot luovat yhä suurempia tietojoukkoja, mikä luo kipeän tarpeen tehokkaammille tiedontallennusmuodoille, joilla on suuri kapasiteetti, alhainen virrankulutus ja pitkä käyttöikä", sanoi tutkija Yuhao Lei Southamptonin yliopistosta, Iso-Britanniasta. "Vaikka pilvipohjaiset järjestelmät on suunniteltu enemmän väliaikaista dataa varten, uskomme, että 5D-tietojen tallennus lasiin voisi olla hyödyllinen pitkän aikavälin tietojen tallentamiseen kansallisille arkistojen, museoiden, kirjastojen tai yksityisten organisaatioiden kannalta", lisäsi.
Vaikka 5D-optista tiedon tallennusta läpinäkyville materiaaleille on todistettu aiemmin, on osoitettu, että on vaikea kirjoittaa dataa tarpeeksi nopeasti ja riittävällä tiheydellä tosielämän sovelluksiin. Tämän esteen voittamiseksi tutkijat käyttivät korkean toistonopeuden femtosekunnin laseria luodakseen pieniä kuoppia, jotka sisälsivät ainutlaatuisen nanolamellin kaltaisen rakenteen, joista kukin on vain 500 x 50 nanometriä.
Sen sijaan, että käyttäisivät femtosekunnin laseria kirjoittamaan suoraan lasille, tutkijat valjastivat valon tuottamaan optisen ilmiön, joka tunnetaan nimellä lähikentän tehostaminen, jossa nanolamellimainen rakenne syntyy muutamalla heikolla pulssilla. nano-tyhjiö, joka syntyy yhden pulssin mikroräjähdyksen seurauksena. Lähikentän tehostamisen käyttö nanorakenteiden valmistuksessa on minimoinut lämpövauriot, jotka ovat olleet ongelmallisia muissa korkeataajuisia toistuvia lasereita käyttäville lähestymistavoille.
Koska nanorakenteet ovat anisotrooppisia, ne tuottavat kahtaistaitetta, joka voidaan luonnehtia valon hitaan akselin suunnalla (4. ulottuvuus, joka vastaa nanolaminaattirakenteen suuntausta) ja viivevoimalla (5. ulottuvuus, määritellään nanorakenteen koon mukaan) ). Kun dataa tallennetaan lasille, hitaan akselin suuntausta ja viiveen voimakkuutta voidaan ohjata vastaavasti polarisaatiolla ja valon voimakkuudella.
"Tämä uusi lähestymistapa parantaa tietojen kirjoitusnopeutta käytännölliselle tasolle, jotta voimme kirjoittaa kymmeniä gigatavuja dataa kohtuullisessa ajassa", Lei sanoi. Erittäin lokalisoidut tarkkuusnanorakenteet mahdollistavat suuremman datakapasiteetin, koska yksikkötilavuuteen voidaan kirjoittaa enemmän vokseleita. Lisäksi pulssivalon käyttö vähentää kirjoittamiseen tarvittavaa energiaa. «
Tutkijat käyttivät uutta menetelmäään kirjoittaakseen 5 gigatavua tekstidataa lasilevylle. tavanomaisen CD-levyn kokoinen piidioksidi, lukutarkkuudella lähes 100 %. Jokainen vokseli sisälsi neljä tietobittiä, ja molemmat vokselit vastasivat yhtä tekstin merkkiä. Menetelmän tarjoamalla kirjoitustiheydellä levylle mahtuisi 500 teratavua tietoa. Rinnakkaisen kirjoittamisen mahdollistavien järjestelmäpäivitysten ansiosta tutkijoiden mukaan tämä tietomäärä pitäisi olla mahdollista kirjoittaa noin 60 päivässä.
Nykyisellä järjestelmällä pystymme säilyttämään teratavuja dataa, jota voitaisiin käyttää Esimerkiksi sellaisen henkilön DNA-tietojen säilyttäminen, joka nyt pyrkii lisäämään menetelmänsä kirjoitusnopeutta ja saattamaan teknologian käyttökelpoiseksi laboratorion ulkopuolella. On myös tarpeen kehittää nopeampia tiedonlukumenetelmiä käytännön tietovarastosovelluksia varten.
lähde: https://www.osapublishing.org/