Forskere ved University of Southampton har utviklet en rask laserskrivemetode og energieffektiv å produsere nanostrukturer med høy tetthet i silikaglass. Disse bittesmå strukturene kan brukes til optisk datalagring langsiktig femdimensjonal (5D), mer enn 10.000 XNUMX ganger tettere enn Blue-Ray optisk platelagringsteknologi.
Denne typen datalagring bruker tre lag poeng i nanoskala på en glassplate. Størrelsen, orienteringen og plasseringen (i tre dimensjoner) av punktene gir de fem "dimensjonene" som brukes til å kode dataene.
Ifølge etterforskerne en 5D-disk kan fortsatt være lesbar etter 13.8 milliarder år, men det ville være overraskende om noen fortsatt var i nærheten for å lese den på den tiden. På kort sikt kan 5D-optiske medier også overleve etter å ha blitt varmet opp til 1.000 grader Celsius.
teknikken utviklet av PhD-forsker Yuhao Lei bruker en femtosekundlaser høy repetisjonsfrekvens. Prosessen begynner med en seeding-puls som skaper et nanovakuum, men den raske pulsen trenger faktisk ikke å skrive data. De gjentatte svake pulsene utnytter et fenomen kjent som nærfeltforbedring for å forme nanostrukturer på en jevnere måte. Forskerne evaluerte laserpulser ved forskjellige effektnivåer og fant et nivå som fremskynder skrivingen uten å skade silikaglassskiven.
Studien rapporterer en maksimal datahastighet på én million voxels per sekund, men hver bit krever flere voksler i 5D optiske systemer. Dette tilsvarer en datahastighet på omtrent 230 kilobyte per sekund. På dette tidspunktet er det mulig å fylle en av diskene, hvis kapasitet er estimert til 500 TB. Det ville ta omtrent to måneder å skrive en så stor mengde data, deretter kunne den ikke endres.
"Individer og organisasjoner genererer stadig større datasett, og skaper et desperat behov for mer effektive former for datalagring med høy kapasitet, lavt strømforbruk og lang levetid," sa forsker Yuhao Lei, fra University of Southampton, Storbritannia. "Mens skybaserte systemer er mer designet for midlertidige data, tror vi at 5D-datalagring i glass kan være nyttig for langsiktig datalagring for nasjonale arkiver, museer, biblioteker eller private organisasjoner."
Selv om optisk lagring av 5D-data i transparente materialer har blitt demonstrert tidligere, det er vist at det er vanskelig å skrive data raskt nok og med nok tetthet for virkelige applikasjoner. For å overvinne denne hindringen brukte forskerne en femtosekundlaser med høy repetisjonshastighet for å lage små brønner som inneholder en unik nanolamella-lignende struktur som måler bare 500 x 50 nanometer hver.
I stedet for å bruke femtosekundlaseren til å skrive direkte på glasset, utnyttet forskerne lyset for å produsere et optisk fenomen kjent som nærfeltforsterkning, der en nanolamella-lignende struktur genereres av noen få svake pulser. nanovakuum generert av en enkelt puls mikroeksplosjon. Bruken av nærfeltforbedring for å fremstille nanostrukturene har minimert termisk skade som har vært problematisk for andre tilnærminger som bruker høyfrekvente repeterende lasere.
Siden nanostrukturer er anisotropiske, produserer de en dobbeltbrytning som kan karakteriseres ved orienteringen av den langsomme lysaksen (4. dimensjon, tilsvarende orienteringen til nanolaminatstrukturen) og forsinkelseskraften (5. dimensjon, definert av nanostrukturstørrelsen). Når data registreres på glass, kan den langsomme akseorienteringen og forsinkelsesstyrken kontrolleres av henholdsvis polarisering og lysintensitet.
"Denne nye tilnærmingen forbedrer dataskrivingshastigheten til et praktisk nivå, slik at vi kan skrive titalls gigabyte med data på rimelig tid," sa Lei. Svært lokaliserte presisjonsnanostrukturer gir større datakapasitet, ettersom flere voksler kan skrives i et enhetsvolum. I tillegg reduserer bruken av pulserende lys energien som kreves for å skrive. «
Forskerne brukte sin nye metode for å skrive 5 gigabyte med tekstdata til en glassdisk. silika på størrelse med en vanlig CD, med en lesenøyaktighet på nesten 100 %. Hver voxel inneholdt fire biter med informasjon, og begge vokslene samsvarte med ett tegn i teksten. Med skrivetettheten som tilbys av metoden, kunne disken inneholde 500 terabyte med data. Med systemoppdateringer som tillater parallellskriving, sier forskerne at det skal være mulig å skrive denne mengden data på rundt 60 dager.
Med dagens system har vi muligheten til å bevare terabyte med data, som kan brukes, for eksempel å bevare DNA-informasjonen til en person som nå jobber med å øke skrivehastigheten til metoden sin og gjøre teknologien brukbar utenfor laboratoriet. Det vil også være nødvendig å utvikle raskere metoder for å lese data for praktiske datavarehusapplikasjoner.
Fuente: https://www.osapublishing.org/