Sautamptono universiteto mokslininkai sukūrė greitą rašymo lazeriu metodą ir energetiškai efektyvus gaminti didelio tankio nanostruktūras silicio dioksido stikle. Šios mažos struktūros gali būti naudojamas optiniam duomenų saugojimui ilgalaikis penkiamatis (5D), daugiau nei 10.000 XNUMX kartų tankesnis už Blue-Ray optinio disko saugojimo technologiją.
Šio tipo duomenų saugojimui naudojami trys sluoksniai nanoskalės taškai ant stiklinio disko. Taškų dydis, orientacija ir padėtis (trijų matmenų) suteikia penkis „matmenis“, naudojamus duomenims koduoti.
Pasak tyrėjų, 5D diskas vis dar gali būti nuskaitomas po 13.8 milijardo metų, bet būtų nuostabu, jei tuo metu kas nors dar būtų jį perskaitęs. Per trumpą laiką 5D optinės laikmenos taip pat galėtų išgyventi, kai bus įkaitintos iki 1.000 laipsnių Celsijaus.
Technika sukūrė doktorantas Yuhao Lei, naudoja femtosekundinį lazerį didelis pasikartojimo dažnis. Procesas prasideda sėjimo impulsu, kuris sukuria nanovakuumą, tačiau greitam impulsui iš tikrųjų nereikia rašyti duomenų. Pasikartojantys silpni impulsai išnaudoja reiškinį, žinomą kaip artimojo lauko stiprinimas, kad nanostruktūros būtų sklandžiau formuojamos. Tyrėjai įvertino skirtingų galios lygių lazerio impulsus ir nustatė lygį, kuris pagreitina rašymą nepažeidžiant silicio stiklo disko.
Tyrimas rodo, kad didžiausias duomenų perdavimo greitis yra vienas milijonas vaizdo elementų per sekundę, tačiau kiekvienam bitui reikia kelių vokselių 5D optinėse sistemose. Tai prilygsta maždaug 230 kilobaitų per sekundę duomenų perdavimo spartai. Šiuo metu galima užpildyti vieną iš diskų, kurių talpa numatoma 500 TB. Surašyti tokį didelį duomenų kiekį prireiktų maždaug dviejų mėnesių, po to jų pakeisti nepavyko.
„Asmenys ir organizacijos kuria vis didesnius duomenų rinkinius, todėl labai reikia efektyvesnių duomenų saugojimo formų, turinčių didelę talpą, mažą energijos suvartojimą ir ilgą tarnavimo laiką“, – sakė mokslininkas Yuhao Lei iš Sautamptono universiteto, JK. "Nors debesų sistemos yra labiau skirtos laikiniems duomenims, manome, kad 5D duomenų saugojimas stikle gali būti naudingas ilgalaikiam duomenų saugojimui nacionaliniams archyvams, muziejams, bibliotekoms ar privačioms organizacijoms."
Nors 5D optinių duomenų saugojimas ant skaidrių medžiagų buvo įrodytas praeityje, buvo įrodyta, kad sunku įrašyti duomenis pakankamai greitai ir pakankamai tankiai realaus pasaulio programoms. Norėdami įveikti šią kliūtį, mokslininkai panaudojo didelio pasikartojimo dažnio femtosekundinį lazerį, kad sukurtų mažyčius šulinukus, kuriuose yra unikali nanolameles primenanti struktūra, kurių kiekvieno matmenys yra tik 500 x 50 nanometrų.
Užuot naudoję femtosekundinį lazerį rašydami tiesiai ant stiklo, mokslininkai panaudojo šviesą, kad sukurtų optinį reiškinį, žinomą kaip artimojo lauko stiprinimas, kai į nanolamelę panaši struktūra sukuriama keliais silpnais impulsais. nano vakuumas, sukurtas vieno impulso mikro sprogimo metu. Naudojant artimojo lauko stiprinimą nanostruktūroms gaminti, buvo sumažinta šiluminė žala, kuri buvo problemiška taikant kitus metodus, naudojant aukšto dažnio kartotinius lazerius.
Kadangi nanostruktūros yra anizotropinės, jos sukuria dvigubą laužimą, kurį galima apibūdinti pagal lėtos šviesos ašies orientaciją (4-oji dimensija, atitinkanti nanolaminato struktūros orientaciją) ir vėlinimo jėgą (5-oji dimensija, apibrėžta nanostruktūros dydžiu). ). Kai duomenys įrašomi ant stiklo, lėtos ašies orientaciją ir vėlavimo stiprumą galima valdyti atitinkamai poliarizacija ir šviesos intensyvumu.
"Šis naujas metodas pagerina duomenų rašymo greitį iki praktinio lygio, kad galėtume įrašyti dešimtis gigabaitų duomenų per pagrįstą laiką", - sakė Lei. Labai lokalizuotos tikslios nanostruktūros leidžia padidinti duomenų talpą, nes tūrio vienete galima įrašyti daugiau vokselių. Be to, naudojant impulsinę šviesą, sumažėja rašymui reikalinga energija. «
Tyrėjai panaudojo savo naują metodą, norėdami įrašyti 5 gigabaitus tekstinių duomenų į stiklinį diską. įprasto kompaktinio disko dydžio silicio dioksidas, su beveik 100% skaitymo tikslumu. Kiekviename vokselyje buvo keturi informacijos bitai ir abu vokseliai atitiko vieną teksto simbolį. Naudojant metodo siūlomą rašymo tankį, diske gali būti 500 terabaitų duomenų. Su sistemos atnaujinimais, kurie leidžia rašyti lygiagrečiai, mokslininkai teigia, kad tokį duomenų kiekį turėtų būti įmanoma įrašyti maždaug per 60 dienų.
Naudodami dabartinę sistemą turime galimybę išsaugoti terabaitus duomenų, kuriuos būtų galima panaudoti, pavyzdžiui, išsaugoti DNR informaciją žmogaus, kuris dabar stengiasi padidinti savo metodo rašymo greitį ir padaryti technologiją pritaikytą už laboratorijos ribų. Taip pat reikės sukurti greitesnius duomenų nuskaitymo metodus, skirtus praktiniams duomenų saugykloms.
Fuente: https://www.osapublishing.org/