חוקרים מאוניברסיטת סאות'המפטון פיתחו שיטת כתיבה מהירה בלייזר וחסכוני באנרגיה לייצר ננו-מבנים בצפיפות גבוהה בזכוכית סיליקה. המבנים הזעירים האלה יכול לשמש לאחסון נתונים אופטי חמש ממדי לטווח ארוך (5D), צפוף יותר מפי 10.000 מטכנולוגיית אחסון דיסק אופטי Blue-Ray.
סוג זה של אחסון נתונים משתמש בשלוש שכבות נקודות בקנה מידה ננו על דיסק זכוכית. הגודל, הכיוון והמיקום (בתלת מימד) של הנקודות נותנים את חמשת ה"ממדים" המשמשים לקידוד הנתונים.
לדברי החוקרים, ייתכן שדיסק 5D עדיין יהיה קריא לאחר 13.8 מיליארד שנים, אבל זה יהיה מפתיע אם מישהו עדיין היה בסביבה כדי לקרוא אותו באותו זמן. בטווח הקצר, מדיה אופטית 5D יכולה לשרוד גם לאחר חימום ל-1.000 מעלות צלזיוס.
הדרך שפותח על ידי חוקר הדוקטורט Yuhao Lei משתמש בלייזר פמט שנייה שיעור חזרות גבוה. התהליך מתחיל עם דופק זריעה שיוצר ננו ואקום, אך הדופק המהיר אינו צריך למעשה לכתוב נתונים. הפולסים החלשים החוזרים ונשנים מנצלים תופעה המכונה שיפור שדה קרוב כדי לפסל מבנים ננו בצורה חלקה יותר. החוקרים העריכו פולסי לייזר ברמות הספק שונות ומצאו רמה שמאיצה את הכתיבה מבלי לפגוע בדיסק זכוכית הסיליקה.
המחקר מדווח על קצב נתונים מרבי של מיליון ווקסלים לשנייה, אבל כל ביט דורש כמה ווקסלים במערכות אופטיות 5D. זה שווה לקצב נתונים של כ-230 קילובייט לשנייה. בשלב זה ניתן למלא את אחד הדיסקים שקיבולתו מוערכת ב-500 TB. ייקח כחודשיים לכתוב כמות כה גדולה של נתונים, ולאחר מכן לא ניתן היה לשנות אותה.
"יחידים וארגונים מייצרים מערכי נתונים גדולים מתמיד, ויוצרים צורך נואש בצורות יעילות יותר של אחסון נתונים עם קיבולת גבוהה, צריכת חשמל נמוכה ותוחלת חיים ארוכה", אמר החוקר Yuhao Lei, מאוניברסיטת סאות'המפטון, בריטניה. "בעוד שמערכות מבוססות ענן מיועדות יותר לנתונים זמניים, אנו מאמינים שאחסון נתונים 5D בזכוכית יכול להיות שימושי לאחסון נתונים לטווח ארוך יותר עבור ארכיונים לאומיים, מוזיאונים, ספריות או ארגונים פרטיים."
למרות שאחסון נתונים אופטי 5D על חומרים שקופים הודגם בעבר, הוכח זאת קשה לכתוב נתונים מהר מספיק ובצפיפות מספקת עבור יישומים בעולם האמיתי. כדי להתגבר על מכשול זה, החוקרים השתמשו בלייזר פמט-שניות עם קצב חזרות גבוה כדי ליצור בארות זעירות המכילות מבנה דמוי ננולמלה ייחודי בגודל של 500 על 50 ננומטר כל אחת בלבד.
במקום להשתמש בלייזר הפמט-שנייה כדי לכתוב ישירות על הזכוכית, החוקרים רתמו את האור כדי לייצר תופעה אופטית המכונה שיפור שדה קרוב, שבה נוצר מבנה דמוי ננולמלה על ידי כמה פולסים חלשים. ואקום ננו שנוצר על ידי פיצוץ מיקרו דופק בודד. השימוש בשיפור השדה הקרוב לייצור הננו-מבנים מזער את הנזק התרמי שהיה בעייתי עבור גישות אחרות באמצעות לייזרים חוזרים בתדר גבוה.
מאחר שננו-מבנים הם אנזוטרופיים, הם מייצרים שבירה כפולה שניתן לאפיין על ידי כיוון ציר האור האיטי (מימד רביעי, המתאים לכיוון המבנה הננו-למינציה) וכוח ההשהיה (מימד 4, המוגדר על ידי גודל הננו-מבנה. ). כאשר נתונים מוקלטים על זכוכית, ניתן לשלוט בכיוון הציר האיטי ובעוצמת ההשהיה על ידי קיטוב ועוצמת האור, בהתאמה.
"גישה חדשה זו משפרת את מהירות כתיבת הנתונים לרמה מעשית, כך שנוכל לכתוב עשרות גיגה-בייט של נתונים בפרק זמן סביר", אמר ליי. ננו-מבנים בעלי דיוק מקומי גבוה מאפשרים קיבולת נתונים גדולה יותר, מכיוון שניתן לכתוב יותר ווקסלים בנפח יחידה. בנוסף, השימוש באור פועם מפחית את האנרגיה הנדרשת לכתיבה. «
החוקרים השתמשו בשיטה החדשה שלהם כדי לכתוב 5 גיגה-בייט של נתוני טקסט לדיסק זכוכית. סיליקה בגודל של קומפקט דיסק רגיל, עם דיוק קריאה של כמעט 100%. כל ווקס הכיל ארבע סיביות של מידע, ושני הווקסלים תאמו תו אחד של טקסט. עם צפיפות הכתיבה שמציעה השיטה, הדיסק יכול להכיל 500 טרה-בייט של נתונים. עם עדכוני מערכת המאפשרים כתיבה מקבילה, החוקרים אומרים שאמור להיות אפשרי לכתוב את כמות הנתונים הזו תוך כ-60 יום.
עם המערכת הנוכחית, יש לנו את היכולת לשמר טרה-בייט של נתונים, שניתן להשתמש בהם, למשל, לשמר את מידע ה-DNA של אדם שפועל כעת להגביר את מהירות הכתיבה של השיטה שלו ולהפוך את הטכנולוגיה לשמישה מחוץ למעבדה. כמו כן, יהיה צורך לפתח שיטות מהירות יותר לקריאת נתונים עבור יישומי אחסון נתונים מעשיים.
מקור: https://www.osapublishing.org/