Istraživači sa Sveučilišta Southampton razvili su brzu metodu laserskog pisanja i energetski učinkovit za proizvodnju nanostruktura visoke gustoće u silicij staklu. Ove male strukture može se koristiti za optičku pohranu podataka dugoročno petodimenzionalno (5D), više od 10.000 puta gušće od tehnologije za pohranu optičkih diskova Blue-Ray.
Ova vrsta pohrane podataka koristi tri sloja nanosmjerne točke na staklenom disku. Veličina, orijentacija i položaj (u tri dimenzije) točaka daju pet "dimenzija" koje se koriste za kodiranje podataka.
Prema istražiteljima, 5D disk bi mogao biti čitljiv nakon 13.8 milijardi godina, ali bilo bi iznenađujuće da je u to vrijeme još netko bio u blizini da ga pročita. Kratkoročno, 5D optički mediji također bi mogli preživjeti nakon zagrijavanja na 1.000 stupnjeva Celzija.
Tehnika koju je razvio doktor znanosti Yuhao Lei koristi femtosekundni laser visoka stopa ponavljanja. Proces počinje s zasijavanjem impulsa koji stvara nano vakuum, ali brzi puls zapravo ne treba pisati podatke. Ponavljani slabi impulsi iskorištavaju fenomen poznat kao poboljšanje bliskog polja za oblikovanje nanostruktura na glatkiji način. Istraživači su procijenili laserske impulse na različitim razinama snage i pronašli razinu koja ubrzava pisanje bez oštećenja diska od silicijevog stakla.
Studija izvještava o maksimalnoj brzini podataka od milijun voksela u sekundi, ali svaki bit zahtijeva nekoliko voksela u 5D optičkim sustavima. To je jednako brzini podataka od približno 230 kilobajta u sekundi. U ovom trenutku moguće je napuniti jedan od diskova, čiji se kapacitet procjenjuje na 500 TB. Za pisanje tako velike količine podataka bilo bi potrebno oko dva mjeseca, nakon čega se nije moglo mijenjati.
"Pojedinci i organizacije stvaraju sve veće skupove podataka, stvarajući očajničku potrebu za učinkovitijim oblicima pohrane podataka s visokim kapacitetom, malom potrošnjom energije i dugim životnim vijekom", rekao je istraživač Yuhao Lei sa Sveučilišta Southampton, UK. "Dok su sustavi temeljeni na oblaku više dizajnirani za privremene podatke, vjerujemo da bi 5D pohrana podataka u staklu mogla biti korisna za dugotrajnu pohranu podataka za nacionalne arhive, muzeje, knjižnice ili privatne organizacije."
Iako je 5D optičko pohranjivanje podataka na prozirnim materijalima dokazano u prošlosti, pokazalo se da teško je pisati podatke dovoljno brzo i dovoljno gustoće za primjene u stvarnom svijetu. Kako bi prevladali ovu prepreku, istraživači su upotrijebili femtosekundni laser s velikom brzinom ponavljanja kako bi stvorili sićušne jažice koje sadrže jedinstvenu strukturu nalik nanolameli veličine samo 500 x 50 nanometara svaka.
Umjesto da koriste femtosekundni laser za izravno pisanje na staklu, istraživači su iskoristili svjetlost da proizvedu optički fenomen poznat kao poboljšanje bliskog polja, u kojem se struktura nalik nanolameli generira pomoću nekoliko slabih impulsa. nano vakuum generiran jednom impulsnom mikro eksplozijom. Korištenje poboljšanja bliskog polja za izradu nanostruktura smanjilo je toplinsko oštećenje koje je bilo problematično za druge pristupe koji koriste visokofrekventne ponavljajuće lasere.
Budući da su nanostrukture anizotropne, one proizvode dvolom koji se može okarakterizirati orijentacijom spore osi svjetlosti (4. dimenzija, koja odgovara orijentaciji nano-laminatne strukture) i silom kašnjenja (5. dimenzija, definirana veličinom nanostrukture ). Kada se podaci snimaju na staklu, orijentacija spore osi i jačina kašnjenja mogu se kontrolirati polarizacijom, odnosno intenzitetom svjetlosti.
"Ovaj novi pristup poboljšava brzinu pisanja podataka na praktičnu razinu, tako da možemo napisati desetke gigabajta podataka u razumnom vremenu", rekao je Lei. Visoko lokalizirane precizne nanostrukture omogućuju veći kapacitet podataka, budući da se više voksela može zapisati u jedinični volumen. Osim toga, korištenje pulsirajućeg svjetla smanjuje energiju potrebnu za pisanje. «
Istraživači su koristili svoju novu metodu za pisanje 5 gigabajta tekstualnih podataka na stakleni disk. silicij veličine konvencionalnog kompakt diska, s točnošću očitanja od gotovo 100%. Svaki voksel je sadržavao četiri bita informacija, a oba voksela su odgovarala jednom znaku teksta. Uz gustoću pisanja koju nudi metoda, disk je mogao sadržavati 500 terabajta podataka. Uz ažuriranja sustava koja omogućuju paralelno pisanje, istraživači kažu da bi trebalo biti moguće napisati ovu količinu podataka za oko 60 dana.
S trenutnim sustavom imamo mogućnost čuvanja terabajta podataka koji bi se mogli koristiti, na primjer, kako bi se sačuvale informacije o DNK osobe koja sada radi na povećanju brzine pisanja svoje metode i učini tehnologiju upotrebljivom izvan laboratorija. Također će biti potrebno razviti brže metode čitanja podataka za praktične aplikacije skladištenja podataka.
izvor: https://www.osapublishing.org/