Forskare vid University of Southampton har utvecklat en snabb laserskrivmetod och energieffektiv att producera nanostrukturer med hög densitet i kiselglas. Dessa små strukturer kan användas för optisk datalagring långsiktig femdimensionell (5D), mer än 10.000 XNUMX gånger tätare än Blue-Ray optisk skivlagringsteknik.
Denna typ av datalagring använder tre lager nanoskala punkter på en glasskiva. Punkternas storlek, orientering och position (i tre dimensioner) ger de fem "dimensioner" som används för att koda data.
Enligt utredare, en 5D-skiva kan fortfarande vara läsbar efter 13.8 miljarder år, men det skulle vara förvånande om någon fortfarande var i närheten för att läsa den då. På kort sikt kan 5D-optiska media också överleva efter att ha värmts upp till 1.000 XNUMX grader Celsius.
Tekniken utvecklad av doktorand Yuhao Lei använder en femtosekundlaser hög upprepningsfrekvens. Processen börjar med en såddpuls som skapar ett nanovakuum, men den snabba pulsen behöver faktiskt inte skriva data. De upprepade svaga pulserna utnyttjar ett fenomen som kallas närfältsförbättring för att skulptera nanostrukturer på ett smidigare sätt. Forskarna utvärderade laserpulser vid olika effektnivåer och hittade en nivå som påskyndar skrivandet utan att skada kiselglasskivan.
Studien rapporterar en maximal datahastighet på en miljon voxels per sekund, men varje bit kräver flera voxlar i optiska 5D-system. Detta motsvarar en datahastighet på cirka 230 kilobyte per sekund. Vid det här laget är det möjligt att fylla en av diskarna, vars kapacitet uppskattas till 500 TB. Det skulle ta ungefär två månader att skriva en så stor mängd data, varefter den inte kunde ändras.
"Individer och organisationer genererar allt större datamängder, vilket skapar ett desperat behov av effektivare former av datalagring med hög kapacitet, låg strömförbrukning och lång livslängd", säger forskaren Yuhao Lei, från University of Southampton, Storbritannien. "Medan molnbaserade system är mer designade för temporär data, tror vi att 5D-datalagring i glas kan vara användbar för långsiktig datalagring för nationella arkiv, museer, bibliotek eller privata organisationer."
Även om 5D optisk datalagring på transparenta material har demonstrerats tidigare, det har visat sig att det är svårt att skriva data tillräckligt snabbt och med tillräcklig densitet för verkliga tillämpningar. För att övervinna detta hinder använde forskarna en femtosekundlaser med hög repetitionshastighet för att skapa små brunnar som innehåller en unik nanolamellaliknande struktur som mäter bara 500 x 50 nanometer vardera.
Istället för att använda femtosekundlasern för att skriva direkt på glaset, utnyttjade forskarna ljuset för att producera ett optiskt fenomen som kallas närfältsförbättring, där en nanolamellaliknande struktur genereras av några svaga pulser. nanovakuum genererat av en enda puls mikroexplosion. Användningen av närfältsförbättring för att tillverka nanostrukturerna har minimerat termiska skador som har varit problematiska för andra tillvägagångssätt som använder högfrekventa repeterande lasrar.
Eftersom nanostrukturer är anisotropa producerar de en dubbelbrytning som kan karakteriseras av orienteringen av den långsamma ljusaxeln (4:e dimensionen, motsvarande orienteringen av nanolaminatstrukturen) och fördröjningskraften (5:e dimensionen, definierad av nanostrukturens storlek ). När data registreras på glas kan orienteringen av den långsamma axeln och styrkan på fördröjningen styras av polarisering respektive ljusintensitet.
"Det här nya tillvägagångssättet förbättrar dataskrivhastigheten till en praktisk nivå, så att vi kan skriva tiotals gigabyte data på en rimlig tid," sa Lei. Mycket lokaliserade precisionsnanostrukturer möjliggör större datakapacitet, eftersom fler voxlar kan skrivas i en enhetsvolym. Dessutom minskar användningen av pulserat ljus energin som krävs för att skriva. «
Forskarna använde sin nya metod för att skriva 5 gigabyte textdata till en glasskiva. kiseldioxid storleken på en konventionell cd-skiva, med en avläsningsnoggrannhet på nästan 100 %. Varje voxel innehöll fyra informationsbitar, och båda voxlarna matchade ett tecken i texten. Med den skrivtäthet som metoden erbjuder kunde disken innehålla 500 terabyte data. Med systemuppdateringar som tillåter parallellskrivning säger forskarna att det borde vara möjligt att skriva denna mängd data på cirka 60 dagar.
Med det nuvarande systemet har vi möjlighet att bevara terabyte av data, som kan användas, till exempel att bevara DNA-informationen hos en person som nu arbetar med att öka skrivhastigheten på sin metod och göra tekniken användbar utanför laboratoriet. Det kommer också att bli nödvändigt att utveckla snabbare metoder för att läsa data för praktiska datalagringsapplikationer.
Fuente: https://www.osapublishing.org/