A Southamptoni Egyetem kutatói gyors lézeres írási módszert fejlesztettek ki és energiahatékony szilícium-dioxid üvegben nagy sűrűségű nanostruktúrák előállítására. Ezek az apró szerkezetek optikai adattárolásra használható hosszú távú ötdimenziós (5D), több mint 10.000 XNUMX-szer sűrűbb, mint a Blue-Ray optikai lemezes tárolási technológia.
Az ilyen típusú adattárolás három réteget használ nanoméretű pontok üvegkorongon. A pontok mérete, tájolása és helyzete (három dimenzióban) adja meg az adatok kódolásához használt öt "dimenziót".
A kutatók szerint egy 5D lemez 13.8 milliárd év után is olvasható lehet, de meglepő lenne, ha valaki akkor még a közelben lenne, hogy elolvassa. Rövid távon az 5D optikai adathordozók is fennmaradhatnak 1.000 Celsius-fokra hevítés után.
A technika Yuhao Lei PhD kutató által kifejlesztett femtoszekundumos lézert használ magas ismétlési arány. A folyamat egy oltási impulzussal kezdődik, amely nanovákuumot hoz létre, de a gyors impulzusnak valójában nincs szüksége adatírásra. Az ismétlődő gyenge impulzusok a közeli terepjavításként ismert jelenséget használják ki a nanoszerkezetek simább formázására. A kutatók különböző teljesítményszinteken értékelték a lézerimpulzusokat, és olyan szintet találtak, amely felgyorsítja az írást anélkül, hogy károsítaná a szilikaüveg korongot.
A tanulmány szerint a maximális adatátviteli sebesség egymillió voxel másodpercenként, de minden bit több voxelt igényel az 5D optikai rendszerekben. Ez körülbelül 230 kilobájt/sec adatátviteli sebességnek felel meg. Ekkor már meg lehet tölteni az egyik lemezt, amelynek kapacitását 500 TB-ra becsülik. Körülbelül két hónapba telne ekkora adatmennyiség megírása, utána már nem lehetett változtatni.
"Az egyének és a szervezetek egyre nagyobb adatkészleteket állítanak elő, ami égető igényt teremt az adattárolás hatékonyabb, nagy kapacitású, alacsony energiafogyasztású és hosszú élettartamú formáira" - mondta Yuhao Lei, a Southamptoni Egyetem kutatója. "Míg a felhőalapú rendszereket inkább ideiglenes adatok tárolására tervezték, úgy gondoljuk, hogy az üvegben lévő 5D-s adattárolás hasznos lehet a nemzeti archívumok, múzeumok, könyvtárak vagy magánszervezetek hosszabb távú adattárolásában."
Bár az 5D adatok átlátszó anyagokban való optikai tárolását már korábban is bemutatták, bebizonyosodott nehéz elég gyorsan és kellő sűrűséggel írni adatokat a valós alkalmazásokhoz. Ennek az akadálynak a leküzdésére a kutatók nagy ismétlési sebességű femtoszekundumos lézert használtak, hogy apró lyukakat hoztak létre, amelyek egyedi nanolamella-szerű szerkezetet tartalmaznak, egyenként mindössze 500 x 50 nanométer méretűek.
Ahelyett, hogy a femtoszekundumos lézert közvetlenül az üvegre írták volna, a kutatók a fényt egy olyan optikai jelenség létrehozására használták fel, amelyet közeli térfokozásként ismertek, amelyben nanolamellaszerű struktúra jön létre néhány gyenge impulzus hatására. nano vákuum, amelyet egyetlen impulzusos mikrorobbanás generál. A közeli térfokozás alkalmazása a nanostruktúrák előállításához minimálisra csökkentette a hőkárosodást, amely problémát jelentett a nagyfrekvenciás ismétlődő lézereket használó más megközelítéseknél.
Mivel a nanostruktúrák anizotrópok, kettős törést hoznak létre, amely a fény lassú tengelyének orientációjával (4. dimenzió, amely a nano-laminát szerkezet orientációjának felel meg) és a késleltető erővel (5. dimenzió, a nanoszerkezet méretével definiálva) jellemezhető. ). Üvegre történő adatrögzítéskor a lassú tengely tájolása és a késleltetés erőssége a polarizációval, illetve a fényintenzitással szabályozható.
"Ez az új megközelítés gyakorlati szintre javítja az adatírási sebességet, így több tíz gigabájtnyi adatot írhatunk meg ésszerű időn belül" - mondta Lei. A nagymértékben lokalizált precíziós nanostruktúrák nagyobb adatkapacitást tesznek lehetővé, mivel egységnyi térfogatban több voxel írható. Ezenkívül a pulzáló fény használata csökkenti az íráshoz szükséges energiát. «
A kutatók új módszerükkel 5 gigabájtnyi szöveges adatot írtak üveglemezre. akkora szilícium-dioxid, mint egy hagyományos kompakt lemez, közel 100%-os olvasási pontossággal. Minden voxel négy bit információt tartalmazott, és mindkét voxel egy-egy szöveg karakternek felel meg. A módszer által kínált írássűrűséggel a lemez 500 terabájt adatot tud tárolni. A párhuzamos írást lehetővé tévő rendszerfrissítésekkel a kutatók szerint körülbelül 60 nap alatt le lehet írni ekkora mennyiségű adatot.
A jelenlegi rendszerrel terabájtnyi adatot tudunk megőrizni, amelyet felhasználhatunk, például megőrizni egy olyan személy DNS-információit, aki most azon dolgozik, hogy módszere írási sebességét növelje, és a technológiát a laboratóriumon kívül is használhatóvá tegye. A gyakorlati adattárolási alkalmazásokhoz gyorsabb adatolvasási módszerek kidolgozására is szükség lesz.
forrás: https://www.osapublishing.org/