Cercetătorii de la Universitatea din Southampton au dezvoltat o metodă rapidă de scriere cu laser și eficient energetic pentru a produce nanostructuri de înaltă densitate din sticlă de silice. Aceste structuri minuscule poate fi folosit pentru stocarea optică a datelor cincidimensionale pe termen lung (5D), de peste 10.000 de ori mai dens decât tehnologia de stocare a discurilor optice Blue-Ray.
Acest tip de stocare a datelor utilizează trei straturi puncte la scară nanometrică pe un disc de sticlă. Mărimea, orientarea și poziția (în trei dimensiuni) punctelor dau cele cinci „dimensiuni” utilizate pentru codificarea datelor.
Potrivit cercetătorilor, un disc 5D ar putea fi încă lizibil după 13.8 miliarde de ani, dar ar fi surprinzător dacă mai era cineva prin preajmă să-l citească în acel moment. Pe termen scurt, mediile optice 5D ar putea supraviețui și după ce au fost încălzite la 1.000 de grade Celsius.
Tehnica dezvoltat de cercetătorul doctorat Yuhao Lei folosește un laser femtosecunde rata mare de repetare. Procesul începe cu un impuls de însămânțare care creează un nano vid, dar pulsul rapid nu are nevoie de fapt să scrie date. Pulsurile slabe repetate exploatează un fenomen cunoscut sub numele de îmbunătățire a câmpului apropiat pentru a sculpta nanostructurile într-un mod mai neted. Cercetătorii au evaluat impulsurile laser la diferite niveluri de putere și au descoperit un nivel care accelerează scrierea fără a deteriora discul de sticlă de silice.
Studiul raportează o rată maximă de date de un milion de voxeli pe secundă, dar fiecare bit necesită mai mulți voxeli în sistemele optice 5D. Aceasta echivalează cu o rată de date de aproximativ 230 de kiloocteți pe secundă. În acest moment, este posibil să umpleți unul dintre discuri, a cărui capacitate este estimată la 500 TB. Ar dura aproximativ două luni pentru a scrie o cantitate atât de mare de date, după care nu ar putea fi schimbată.
„Persoanele și organizațiile generează seturi de date din ce în ce mai mari, creând o nevoie disperată de forme mai eficiente de stocare a datelor, cu capacitate mare, consum redus de energie și durată de viață lungă”, a declarat cercetătorul Yuhao Lei, de la Universitatea din Southampton, Marea Britanie. „În timp ce sistemele bazate pe cloud sunt proiectate mai mult pentru date temporare, credem că stocarea datelor 5D în sticlă ar putea fi utilă pentru stocarea datelor pe termen mai lung pentru arhivele naționale, muzee, biblioteci sau organizații private”.
Deși stocarea datelor optice 5D pe materiale transparente a fost demonstrată în trecut, A fost demonstrat că este dificil să scrieți date suficient de rapid și cu suficientă densitate pentru aplicațiile din lumea reală. Pentru a depăși acest obstacol, cercetătorii au folosit un laser femtosecunde cu rată ridicată de repetiție pentru a crea puțuri minuscule care conțin o structură unică asemănătoare nanolamelelor, care măsoară doar 500 x 50 nanometri fiecare.
În loc să folosească laserul de femtosecundă pentru a scrie direct pe sticlă, cercetătorii au valorificat lumina pentru a produce un fenomen optic cunoscut sub numele de îmbunătățire a câmpului apropiat, în care o structură asemănătoare nanolamelelor este generată de câteva impulsuri slabe. nano vid generat de o microexplozie cu un singur impuls. Utilizarea îmbunătățirii câmpului apropiat pentru a fabrica nanostructurile a minimizat daunele termice care au fost problematice pentru alte abordări care utilizează lasere repetate de înaltă frecvență.
Deoarece nanostructurile sunt anizotrope, produc o birefringență care poate fi caracterizată prin orientarea axei lente a luminii (a 4-a dimensiune, corespunzătoare orientării structurii nano-laminate) și a forței de întârziere (a 5-a dimensiune, definită de dimensiunea nanostructurii). ). Când datele sunt înregistrate pe sticlă, orientarea axei lente și puterea întârzierii pot fi controlate prin polarizare și, respectiv, intensitatea luminii.
„Această nouă abordare îmbunătățește viteza de scriere a datelor la un nivel practic, astfel încât să putem scrie zeci de gigaocteți de date într-un timp rezonabil”, a spus Lei. Nanostructurile de precizie foarte localizate permit o capacitate mai mare de date, deoarece se pot scrie mai mulți voxeli într-un volum unitar. În plus, utilizarea luminii pulsate reduce energia necesară scrierii. «
Cercetătorii au folosit noua lor metodă de a scrie 5 gigaocteți de date text pe un disc de sticlă. silice de dimensiunea unui compact disc convențional, cu o precizie de citire de aproape 100%. Fiecare voxel conținea patru biți de informații și ambii voxeli se potriveau cu un caracter de text. Cu densitatea de scriere oferită de metodă, discul ar putea conține 500 de terabytes de date. Cu actualizări de sistem care permit scrierea paralelă, cercetătorii spun că ar trebui să fie posibil să scrieți această cantitate de date în aproximativ 60 de zile.
Cu sistemul actual, avem capacitatea de a păstra terabytes de date, care ar putea fi utilizați, de exemplu, pentru a păstra informațiile ADN ale unei persoane care acum lucrează pentru a crește viteza de scriere a metodei sale și a face tehnologia utilizabilă în afara laboratorului. De asemenea, va fi necesar să se dezvolte metode mai rapide de citire a datelor pentru aplicații practice de depozitare a datelor.
Fuente: https://www.osapublishing.org/