Raziskovalci na Univerzi v Southamptonu so razvili hitro lasersko metodo pisanja in energetsko učinkovit za proizvodnjo nanostruktur visoke gostote v silicijevem steklu. Te drobne strukture se lahko uporablja za optično shranjevanje podatkov dolgoročno petdimenzionalno (5D), več kot 10.000-krat gostejše od tehnologije za shranjevanje optičnih diskov Blue-Ray.
Ta vrsta shranjevanja podatkov uporablja tri plasti nanosne točke na steklenem disku. Velikost, orientacija in položaj (v treh dimenzijah) točk dajejo pet "dimenzion", ki se uporabljajo za kodiranje podatkov.
Po mnenju preiskovalcev, 5D disk bo morda še vedno berljiv po 13.8 milijarde let, vendar bi bilo presenetljivo, če bi ga takrat še kdo prebral. Kratkoročno bi lahko 5D optični mediji preživeli tudi po segrevanju na 1.000 stopinj Celzija.
Tehnika ki ga je razvil doktorski raziskovalec Yuhao Lei, uporablja femtosekundni laser visoka stopnja ponovitve. Postopek se začne z impulzom sejanja, ki ustvari nano vakuum, vendar hitremu impulzu dejansko ni treba pisati podatkov. Ponavljajoči se šibki impulzi izkoriščajo pojav, znan kot izboljšanje bližnjega polja, da oblikujejo nanostrukture na bolj gladek način. Raziskovalci so ocenili laserske impulze pri različnih ravneh moči in odkrili raven, ki pospeši pisanje, ne da bi poškodovala disk iz silicijevega stekla.
Študija poroča o največji hitrosti podatkov enega milijona vokselov na sekundo, vendar vsak bit zahteva več vokselov v 5D optičnih sistemih. To je enako hitrosti podatkov približno 230 kilobajtov na sekundo. Na tej točki je mogoče napolniti enega od diskov, katerega zmogljivost je ocenjena na 500 TB. Za pisanje tako velike količine podatkov bi trajalo približno dva meseca, potem pa jih ni bilo mogoče spremeniti.
"Posamezniki in organizacije ustvarjajo vedno večje nabore podatkov, kar ustvarja obupno potrebo po učinkovitejših oblikah shranjevanja podatkov z visoko zmogljivostjo, nizko porabo energije in dolgo življenjsko dobo," je dejal raziskovalec Yuhao Lei z Univerze v Southamptonu v Veliki Britaniji. "Medtem ko so sistemi, ki temeljijo na oblaku, bolj zasnovani za začasne podatke, menimo, da bi bilo shranjevanje 5D podatkov v steklu lahko uporabno za dolgoročno shranjevanje podatkov za nacionalne arhive, muzeje, knjižnice ali zasebne organizacije." je dodal.
Čeprav je bilo optično shranjevanje 5D podatkov v prozornih materialih dokazano v preteklosti, se je pokazalo, da težko je zapisovati podatke dovolj hitro in z dovolj gostoto za aplikacije v resničnem svetu. Da bi premagali to oviro, so raziskovalci uporabili femtosekundni laser z visoko stopnjo ponovitve, da so ustvarili drobne vdolbinice, ki vsebujejo edinstveno strukturo, podobno nanolameli, ki meri le 500 x 50 nanometrov.
Namesto da bi uporabili femtosekundni laser za pisanje neposredno na steklo, so raziskovalci izkoristili svetlobo, da bi ustvarili optični pojav, znan kot izboljšanje bližnjega polja, pri katerem nanolamela podobna struktura nastane z nekaj šibkimi impulzi. nano vakuum, ki nastane z eno impulzno mikro eksplozijo. Uporaba izboljšanja bližnjega polja za izdelavo nanostruktur je zmanjšala toplotno škodo, ki je bila problematična pri drugih pristopih z uporabo visokofrekvenčnih ponavljajočih se laserjev.
Ker so nanostrukture anizotropne, povzročajo dvolomnost, ki jo lahko označimo z orientacijo počasne osi svetlobe (4. dimenzija, ki ustreza orientaciji nanolaminatne strukture) in zakasnitveno silo (5. dimenzija, opredeljena z velikostjo nanostrukture). Ko so podatki zabeleženi na steklu, je mogoče polarizacijo in intenzivnost svetlobe nadzorovati počasno orientacijo osi in moč zakasnitve.
"Ta nov pristop izboljša hitrost pisanja podatkov na praktično raven, tako da lahko v razumnem času zapišemo na desetine gigabajtov podatkov," je dejal Lei. Visoko lokalizirane natančne nanostrukture omogočajo večjo podatkovno zmogljivost, saj je v enoto prostornine mogoče zapisati več vokselov. Poleg tega uporaba impulzne svetlobe zmanjša energijo, potrebno za pisanje. «
Raziskovalci so uporabili svojo novo metodo za zapisovanje 5 gigabajtov besedilnih podatkov na stekleni disk. silicijev dioksid v velikosti običajne zgoščenke, s skoraj 100-odstotno natančnostjo branja. Vsak voksel je vseboval štiri bite informacij in oba voksela sta se ujemala z enim znakom besedila. Z gostoto zapisovanja, ki jo ponuja metoda, bi lahko disk vseboval 500 terabajtov podatkov. S posodobitvami sistema, ki omogočajo vzporedno pisanje, raziskovalci pravijo, da bi bilo mogoče to količino podatkov napisati v približno 60 dneh.
S trenutnim sistemom imamo možnost ohraniti terabajte podatkov, ki bi jih lahko uporabili, na primer, da ohrani podatke o DNK osebe, ki si zdaj prizadeva za povečanje hitrosti pisanja svoje metode in omogoči uporabo tehnologije zunaj laboratorija. Prav tako bo treba razviti hitrejše metode branja podatkov za praktične aplikacije za shranjevanje podatkov.
vir: https://www.osapublishing.org/