Výskumníci z University of Southampton vyvinuli metódu rýchleho laserového písania a energeticky efektívne na výrobu vysokohustotných nanoštruktúr v kremičitom skle. Tieto drobné štruktúry možno použiť na optické ukladanie dát dlhodobý päťrozmerný (5D), viac ako 10.000 XNUMX-krát hustejší ako technológia ukladania optických diskov Blue-Ray.
Tento typ ukladania údajov využíva tri vrstvy body nanometrov na sklenenom disku. Veľkosť, orientácia a poloha (v troch rozmeroch) bodov udávajú päť „rozmerov“ používaných na kódovanie údajov.
Podľa vyšetrovateľov, 5D disk môže byť čitateľný aj po 13.8 miliardách rokov, ale bolo by prekvapujúce, keby bol v tom čase ešte niekto nablízku a čítal to. Z krátkodobého hľadiska by 5D optické médiá mohli prežiť aj po zahriatí na 1.000 stupňov Celzia.
Technika vyvinutý doktorandom Yuhao Lei využíva femtosekundový laser vysoká frekvencia opakovania. Proces začína impulzom očkovania, ktorý vytvára nano vákuum, ale rýchly impulz v skutočnosti nepotrebuje zapisovať dáta. Opakované slabé impulzy využívajú fenomén známy ako vylepšenie blízkeho poľa na hladšie tvarovanie nanoštruktúr. Výskumníci vyhodnotili laserové impulzy na rôznych úrovniach výkonu a našli úroveň, ktorá zrýchľuje písanie bez poškodenia disku z kremičitého skla.
Štúdia uvádza maximálnu rýchlosť prenosu dát jeden milión voxelov za sekundu, ale každý bit vyžaduje niekoľko voxelov v 5D optických systémoch. To zodpovedá dátovej rýchlosti približne 230 kilobajtov za sekundu. V tomto momente je možné naplniť jeden z diskov, ktorého kapacita sa odhaduje na 500 TB. Zápis takého množstva dát by trval približne dva mesiace, po ktorých by sa už nedali zmeniť.
„Jednotlivci a organizácie generujú čoraz väčšie súbory údajov, čo vytvára zúfalú potrebu efektívnejších foriem ukladania údajov s vysokou kapacitou, nízkou spotrebou energie a dlhou životnosťou,“ povedal výskumník Yuhao Lei z University of Southampton, Spojené kráľovstvo. „Zatiaľ čo cloudové systémy sú skôr navrhnuté pre dočasné dáta, veríme, že 5D ukladanie dát v skle by mohlo byť užitočné na dlhodobejšie ukladanie dát pre národné archívy, múzeá, knižnice alebo súkromné organizácie,“ dodal.
Hoci optické ukladanie 5D údajov v priehľadných materiáloch bolo preukázané už v minulosti, ukázalo sa to je ťažké zapisovať dáta dostatočne rýchlo a s dostatočnou hustotou pre aplikácie v reálnom svete. Na prekonanie tejto prekážky výskumníci použili femtosekundový laser s vysokou frekvenciou opakovania na vytvorenie malých jamiek, ktoré obsahujú jedinečnú štruktúru podobnú nanolamelám, každá s rozmermi len 500 x 50 nanometrov.
Namiesto použitia femtosekundového lasera na písanie priamo na sklo výskumníci využili svetlo na vytvorenie optického javu známeho ako vylepšenie blízkeho poľa, v ktorom sa vytvára štruktúra podobná nanolamelám pomocou niekoľkých slabých impulzov. nano vákuum generované jednopulzovou mikroexplóziou. Použitie vylepšenia blízkeho poľa na výrobu nanoštruktúr minimalizovalo tepelné poškodenie, ktoré bolo problematické pre iné prístupy využívajúce vysokofrekvenčné opakujúce sa lasery.
Keďže nanoštruktúry sú anizotropné, vytvárajú dvojlom, ktorý možno charakterizovať orientáciou pomalej osi svetla (4. rozmer, zodpovedajúci orientácii nanolaminátovej štruktúry) a oneskorujúcou silou (5. rozmer, definovaný veľkosťou nanoštruktúry). . Keď sa údaje zaznamenávajú na sklo, orientáciu pomalej osi a silu oneskorenia je možné riadiť polarizáciou a intenzitou svetla.
"Tento nový prístup zlepšuje rýchlosť zápisu údajov na praktickú úroveň, takže môžeme zapísať desiatky gigabajtov údajov za rozumný čas," povedal Lei. Vysoko lokalizované presné nanoštruktúry umožňujú väčšiu dátovú kapacitu, pretože v jednotkovom objeme je možné zapísať viac voxelov. Okrem toho použitie pulzného svetla znižuje energiu potrebnú na písanie. «
Výskumníci použili svoju novú metódu na zápis 5 gigabajtov textových údajov na sklenený disk. oxid kremičitý veľkosti bežného kompaktného disku, s presnosťou čítania takmer 100 %. Každý voxel obsahoval štyri bity informácií a oba voxely sa zhodovali s jedným znakom textu. S hustotou zápisu, ktorú metóda ponúka, by sa na disk zmestilo 500 terabajtov dát. S aktualizáciami systému, ktoré umožňujú paralelný zápis, by podľa výskumníkov malo byť možné zapísať toto množstvo údajov za približne 60 dní.
So súčasným systémom máme možnosť zachovať terabajty dát, ktoré by sa dali použiť, napríklad zachovať informácie o DNA človeka, ktorý teraz pracuje na zvýšení rýchlosti zápisu svojej metódy a na tom, aby bola technológia použiteľná aj mimo laboratória. Bude tiež potrebné vyvinúť rýchlejšie metódy čítania údajov pre praktické aplikácie skladovania údajov.
Fuente: https://www.osapublishing.org/