Исследователи из Саутгемптонского университета разработали метод быстрой лазерной записи. и энергоэффективный для создания наноструктур высокой плотности в кварцевом стекле. Эти крошечные структуры может использоваться для оптического хранения данных долговечный пятимерный (5D), более чем в 10.000 XNUMX раз плотнее, чем технология хранения оптических дисков Blue-Ray.
Этот тип хранилища данных использует три уровня наноразмерные точки на стеклянном диске. Размер, ориентация и положение (в трех измерениях) точек дают пять «измерений», используемых для кодирования данных.
По данным следствия, диск 5D может быть доступен для чтения через 13.8 миллиарда лет, но было бы удивительно, если бы кто-то еще был рядом, чтобы прочитать это в то время. В краткосрочной перспективе оптические носители 5D могут выжить и после нагрева до 1.000 градусов по Цельсию.
Техника Разработанный доктором наук Юхао Лэй, использует фемтосекундный лазер. высокая частота повторения. Процесс начинается с затравочного импульса, который создает нано-вакуум, но быстрый импульс на самом деле не требует записи данных. Повторяющиеся слабые импульсы используют явление, известное как усиление ближнего поля, для более плавного моделирования наноструктур. Исследователи оценили лазерные импульсы на разных уровнях мощности и нашли уровень, который ускоряет запись, не повреждая диск из кварцевого стекла.
Исследование сообщает о максимальной скорости передачи данных в один миллион вокселей в секунду., но для каждого бита в оптических системах 5D требуется несколько вокселей. Это соответствует скорости передачи данных примерно 230 килобайт в секунду. На этом этапе можно заполнить один из дисков, емкость которого оценивается в 500 ТБ. На запись такого большого объема данных уйдет около двух месяцев, после чего его нельзя будет изменить.
«Частные лица и организации создают все более крупные наборы данных, создавая острую потребность в более эффективных формах хранения данных с высокой емкостью, низким энергопотреблением и длительным сроком службы», - сказал исследователь Юхао Лей из Университета Саутгемптона, Великобритания. «Хотя облачные системы больше предназначены для временных данных, мы считаем, что хранение данных 5D в стекле может быть полезным для долгосрочного хранения данных для национальных архивов, музеев, библиотек или частных организаций», - добавил он.
Хотя оптическое хранение данных 5D в прозрачных материалах было продемонстрировано в прошлом, было показано, что трудно записывать данные достаточно быстро и с достаточной плотностью для реальных приложений. Чтобы преодолеть это препятствие, исследователи использовали фемтосекундный лазер с высокой частотой повторения импульсов для создания крошечных лунок, содержащих уникальную структуру, подобную наноламеллам, размером всего 500 x 50 нанометров каждая.
Вместо того, чтобы использовать фемтосекундный лазер для записи непосредственно на стекле, исследователи использовали свет для создания оптического явления, известного как усиление ближнего поля, при котором структура, подобная наноламеллам, генерируется несколькими слабыми импульсами. нановакуум, создаваемый однократным импульсным микровзрывом. Использование усиления ближнего поля для изготовления наноструктур свело к минимуму тепловое повреждение, которое было проблематичным для других подходов, использующих высокочастотные повторяющиеся лазеры.
Поскольку наноструктуры являются анизотропными, они создают двойное лучепреломление, которое можно охарактеризовать ориентацией медленной оси света (4-е измерение, соответствующее ориентации структуры наноламина) и силой задержки (5-е измерение, определяемое размером наноструктуры). Когда данные записываются на стекло, ориентацией медленной оси и силой задержки можно управлять с помощью поляризации и интенсивности света соответственно.
«Этот новый подход улучшает скорость записи данных до практического уровня, так что мы можем записывать десятки гигабайт данных за разумный промежуток времени», - сказал Лей. Наноструктуры с высокой степенью локализации позволяют хранить больший объем данных, поскольку в единицу объема можно записать больше вокселей. Кроме того, использование импульсного света снижает энергию, необходимую для записи. «
Исследователи использовали свой новый метод для записи 5 гигабайт текстовых данных на стеклянный диск. кремнезем размером с обычный компакт-диск, с точностью чтения почти 100%. Каждый воксель содержал четыре бита информации, и оба вокселя соответствовали одному символу текста. При плотности записи, предлагаемой этим методом, диск мог вмещать 500 терабайт данных. Исследователи говорят, что с обновлениями системы, которые позволяют параллельную запись, можно будет записать такой объем данных примерно за 60 дней.
В текущей системе у нас есть возможность сохранять терабайты данных, которые можно использовать, например, чтобы сохранить информацию ДНК человека, который сейчас работает над увеличением скорости записи своего метода и делает технологию пригодной для использования вне лаборатории. Также необходимо будет разработать более быстрые методы чтения данных для практических приложений хранения данных.
источник: https://www.osapublishing.org/