Onderzoekers van de Universiteit van Southampton hebben een snelle laserschrijfmethode ontwikkeld en energiezuinig om nanostructuren met een hoge dichtheid te produceren in silicaglas. Deze kleine structuren kan worden gebruikt voor optische gegevensopslag langetermijn vijfdimensionaal (5D), meer dan 10.000 keer dichter dan Blue-Ray optische schijfopslagtechnologie.
Dit type gegevensopslag gebruikt drie lagen punten op nanoschaal op een glazen schijf. De grootte, oriëntatie en positie (in drie dimensies) van de punten geven de vijf "dimensies" die worden gebruikt om de gegevens te coderen.
Volgens de onderzoekers, een 5D-schijf kan na 13.8 miljard jaar nog steeds leesbaar zijn, maar het zou verrassend zijn als er op dat moment nog iemand in de buurt was om het te lezen. Op korte termijn kunnen 5D optische media ook overleven na verhitting tot 1.000 graden Celsius.
de techniek ontwikkeld door PhD-onderzoeker Yuhao Lei maakt gebruik van een femtoseconde laser hoge herhalingsfrequentie. Het proces begint met een seeding-puls die een nanovacuüm creëert, maar de snelle puls hoeft eigenlijk geen gegevens te schrijven. De herhaalde zwakke pulsen maken gebruik van een fenomeen dat bekend staat als near-field enhancement om nanostructuren op een soepelere manier te modelleren. De onderzoekers evalueerden laserpulsen op verschillende vermogensniveaus en vonden een niveau dat het schrijven versnelt zonder de schijf van kwartsglas te beschadigen.
Studie meldt een maximale datasnelheid van een miljoen voxels per seconde, maar elke bit vereist meerdere voxels in 5D optische systemen. Dit komt overeen met een datasnelheid van ongeveer 230 kilobyte per seconde. Op dit moment is het mogelijk om een van de schijven te vullen, waarvan de capaciteit wordt geschat op 500 TB. Het zou ongeveer twee maanden duren om zo'n grote hoeveelheid gegevens te schrijven, waarna het niet meer kon worden gewijzigd.
"Individuen en organisaties genereren steeds grotere datasets, waardoor een wanhopige behoefte ontstaat aan efficiëntere vormen van gegevensopslag met een hoge capaciteit, een laag stroomverbruik en een lange levensduur", zegt onderzoeker Yuhao Lei van de Universiteit van Southampton, VK. "Hoewel cloudgebaseerde systemen meer zijn ontworpen voor tijdelijke gegevens, zijn wij van mening dat 5D-gegevensopslag in glas nuttig kan zijn voor gegevensopslag op langere termijn voor nationale archieven, musea, bibliotheken of particuliere organisaties."
Hoewel in het verleden 5D optische gegevensopslag op transparante materialen is aangetoond, het is aangetoond dat het is moeilijk om gegevens snel genoeg en met voldoende dichtheid te schrijven voor toepassingen in de echte wereld. Om deze hindernis te overwinnen, gebruikten de onderzoekers een femtoseconde-laser met hoge herhalingssnelheid om kleine putjes te creëren die een unieke nanolamella-achtige structuur bevatten van slechts 500 x 50 nanometer elk.
In plaats van de femtoseconde laser te gebruiken om rechtstreeks op het glas te schrijven, gebruikten de onderzoekers het licht om een optisch fenomeen te produceren dat bekend staat als near-field enhancement, waarbij een nanolamella-achtige structuur wordt gegenereerd door een paar zwakke pulsen. nanovacuüm gegenereerd door een enkele puls micro-explosie. Het gebruik van near-field enhancement om de nanostructuren te fabriceren heeft de thermische schade geminimaliseerd die problematisch was voor andere benaderingen met behulp van hoogfrequente herhalende lasers.
Omdat nanostructuren anisotroop zijn, produceren ze een dubbele breking die kan worden gekenmerkt door de oriëntatie van de langzame as van licht (4e dimensie, overeenkomend met de oriëntatie van de nanolaminaatstructuur) en de vertragingskracht (5e dimensie, gedefinieerd door de grootte van de nanostructuur ). Wanneer gegevens op glas worden vastgelegd, kunnen de oriëntatie van de langzame as en de vertragingssterkte worden geregeld door respectievelijk polarisatie en lichtintensiteit.
"Deze nieuwe aanpak verbetert de schrijfsnelheid van gegevens tot een praktisch niveau, zodat we in een redelijke tijd tientallen gigabytes aan gegevens kunnen schrijven", zei Lei. Zeer gelokaliseerde precisie-nanostructuren zorgen voor een grotere gegevenscapaciteit, omdat er meer voxels in een eenheidsvolume kunnen worden geschreven. Bovendien vermindert het gebruik van gepulseerd licht de energie die nodig is om te schrijven. «
De onderzoekers gebruikten hun nieuwe methode om 5 gigabyte aan tekstgegevens op een glazen schijf te schrijven. silica zo groot als een conventionele compact disc, met een leesnauwkeurigheid van bijna 100%. Elke voxel bevatte vier bits informatie en beide voxels kwamen overeen met één teken tekst. Met de schrijfdichtheid die door de methode wordt geboden, kan de schijf 500 terabyte aan gegevens bevatten. Met systeemupdates die parallel schrijven mogelijk maken, zeggen de onderzoekers dat het mogelijk moet zijn om deze hoeveelheid gegevens in ongeveer 60 dagen te schrijven.
Met het huidige systeem hebben we de mogelijkheid om terabytes aan gegevens te bewaren, die kunnen worden gebruikt, bijvoorbeeld om de DNA-informatie te bewaren van een persoon die nu bezig is de schrijfsnelheid van zijn methode te verhogen en de technologie bruikbaar te maken buiten het laboratorium. Het zal ook nodig zijn om snellere methoden te ontwikkelen voor het uitlezen van gegevens voor praktische datawarehousing-toepassingen.
bron: https://www.osapublishing.org/