Naukowcy z University of Southampton opracowali szybką metodę pisania laserowego i energooszczędne do produkcji nanostruktur o wysokiej gęstości w szkle krzemionkowym. Te maleńkie konstrukcje może być używany do optycznego przechowywania danych długoterminowa pięciowymiarowa (5D), ponad 10.000 XNUMX razy gęstsza niż technologia przechowywania dysków optycznych Blue-Ray.
Ten rodzaj przechowywania danych wykorzystuje trzy warstwy punkty w nanoskali na szklanym dysku. Rozmiar, orientacja i położenie (w trzech wymiarach) punktów dają pięć „wymiarów” używanych do kodowania danych.
Według naukowców dysk 5D może nadal być czytelny po 13.8 miliarda lat, ale byłoby zaskakujące, gdyby ktoś był jeszcze w pobliżu, aby to przeczytać w tym czasie. W perspektywie krótkoterminowej nośniki optyczne 5D mogą również przetrwać po podgrzaniu do 1.000 stopni Celsjusza.
Technika opracowany przez doktora Yuhao Lei wykorzystuje laser femtosekundowy wysoka częstotliwość powtarzania. Proces rozpoczyna się impulsem inicjującym, który wytwarza nanopróżnię, ale szybki impuls nie wymaga zapisywania danych. Powtarzające się słabe impulsy wykorzystują zjawisko znane jako wzmocnienie bliskiego pola, aby rzeźbić nanostruktury w bardziej płynny sposób. Naukowcy ocenili impulsy laserowe o różnych poziomach mocy i odkryli poziom, który przyspiesza pisanie bez uszkadzania dysku ze szkła krzemionkowego.
Badanie podaje maksymalną szybkość przesyłania danych wynoszącą milion wokseli na sekundę, ale każdy bit wymaga kilku wokseli w systemach optycznych 5D. Odpowiada to szybkości przesyłania danych około 230 kilobajtów na sekundę. W tym momencie możliwe jest zapełnienie jednego z dysków, którego pojemność szacowana jest na 500 TB. Zapisanie tak dużej ilości danych zajęłoby około dwóch miesięcy, po których nie można było ich zmienić.
„Osoby prywatne i organizacje generują coraz większe zestawy danych, co stwarza desperacką potrzebę bardziej wydajnych form przechowywania danych o dużej pojemności, niskim zużyciu energii i długiej żywotności” – powiedział naukowiec Yuhao Lei z Uniwersytetu w Southampton w Wielkiej Brytanii. „Chociaż systemy oparte na chmurze są bardziej zaprojektowane z myślą o danych tymczasowych, uważamy, że przechowywanie danych 5D w szkle może być przydatne do długoterminowego przechowywania danych dla archiwów narodowych, muzeów, bibliotek lub organizacji prywatnych”.
Chociaż w przeszłości wykazano optyczne przechowywanie danych 5D w przezroczystych materiałach, wykazano, że trudno jest zapisywać dane wystarczająco szybko iz wystarczającą gęstością do zastosowań w świecie rzeczywistym. Aby pokonać tę przeszkodę, naukowcy wykorzystali laser femtosekundowy o wysokiej częstotliwości powtarzania do stworzenia maleńkich studzienek, które zawierają unikalną strukturę podobną do nanolamelli, mierzącą zaledwie 500 x 50 nanometrów każda.
Zamiast używać lasera femtosekundowego do pisania bezpośrednio na szkle, naukowcy wykorzystali światło do wytworzenia zjawiska optycznego znanego jako wzmocnienie bliskiego pola, w którym struktura podobna do nanolamelli jest generowana przez kilka słabych impulsów. nanopróżnia generowana przez mikrowybuch pojedynczego impulsu. Zastosowanie wzmocnienia bliskiego pola do wytwarzania nanostruktur zminimalizowało uszkodzenia termiczne, które były problematyczne w przypadku innych podejść wykorzystujących lasery powtarzalne o wysokiej częstotliwości.
Ponieważ nanostruktury są anizotropowe, wytwarzają dwójłomność, którą można scharakteryzować orientacją wolnej osi światła (czwarty wymiar, odpowiada orientacji struktury nanolaminatu) i siłą opóźnienia (piąty wymiar, zdefiniowany przez rozmiar nanostruktury). . Gdy dane są rejestrowane na szkle, orientację wolnej osi i siłę opóźnienia można kontrolować odpowiednio przez polaryzację i natężenie światła.
„To nowe podejście poprawia szybkość zapisu danych do praktycznego poziomu, dzięki czemu możemy zapisać dziesiątki gigabajtów danych w rozsądnym czasie” – powiedział Lei. Wysoce zlokalizowane precyzyjne nanostruktury pozwalają na większą pojemność danych, ponieważ więcej wokseli można zapisać w jednostce objętości. Ponadto zastosowanie światła pulsacyjnego zmniejsza energię potrzebną do pisania. «
Naukowcy wykorzystali swoją nową metodę do zapisania 5 gigabajtów danych tekstowych na szklanym dysku. krzemionka wielkości konwencjonalnej płyty kompaktowej, z dokładnością odczytu prawie 100%. Każdy woksel zawierał cztery bity informacji, a oba woksele pasowały do jednego znaku tekstu. Dzięki gęstości zapisu oferowanej przez tę metodę dysk może pomieścić 500 terabajtów danych. Naukowcy twierdzą, że dzięki aktualizacjom systemu umożliwiającym równoległe zapisywanie danych powinno być możliwe zapisanie takiej ilości danych w ciągu około 60 dni.
Przy obecnym systemie mamy możliwość zachowania terabajtów danych, które można wykorzystać, na przykład, aby zachować informacje DNA osoby, która obecnie pracuje nad zwiększeniem szybkości pisania swojej metody i udostępnieniem technologii poza laboratorium. Niezbędne będzie również opracowanie szybszych metod odczytu danych dla praktycznych aplikacji hurtowni danych.
źródło: https://www.osapublishing.org/