Дослідники з Університету Саутгемптона розробили метод швидкого лазерного письма та енергоефективний для отримання наноструктур високої щільності з кремнеземного скла. Ці крихітні конструкції можна використовувати для оптичного зберігання даних довготривалий п’ятивимірний (5D), більш ніж у 10.000 XNUMX разів щільніший, ніж технологія зберігання оптичних дисків Blue-Ray.
Цей тип зберігання даних використовує три шари нанорозмірні точки на скляному диску. Розмір, орієнтація та положення (у трьох вимірах) точок дають п’ять «вимірів», які використовуються для кодування даних.
За даними слідства, 5D-диск все ще можна читати через 13.8 мільярдів років, але було б дивно, якби хтось ще був поруч, щоб прочитати це в той час. У короткостроковій перспективі 5D-оптичні носії також можуть вижити після нагрівання до 1.000 градусів Цельсія.
Техніка розроблений доктором наук Юхао Лей використовує фемтосекундний лазер висока частота повторень. Процес починається з імпульсу висіву, який створює нановакуум, але швидкий імпульс насправді не потребує запису даних. Повторювані слабкі імпульси використовують явище, відоме як посилення ближнього поля, для більш гладкого моделювання наноструктур. Дослідники оцінили лазерні імпульси на різних рівнях потужності і виявили рівень, який прискорює запис, не пошкоджуючи диск із силікатного скла.
Дослідження повідомляє, що максимальна швидкість передачі даних становить один мільйон вокселів в секунду, але кожен біт вимагає кількох вокселів у 5D-оптичних системах. Це дорівнює швидкості даних приблизно 230 кілобайт на секунду. У цей момент можна заповнити один з дисків, ємність якого оцінюється в 500 ТБ. На написання такої великої кількості даних знадобилося б близько двох місяців, після чого їх не можна було змінити.
«Особи та організації генерують все більші набори даних, створюючи відчайдушну потребу в більш ефективних формах зберігання даних з високою ємністю, низьким споживанням енергії та тривалим терміном служби», – сказав дослідник Юхао Лей з Університету Саутгемптона, Великобританія. «Хоча хмарні системи більшою мірою призначені для тимчасових даних, ми вважаємо, що зберігання 5D-даних у склі може бути корисним для довгострокового зберігання даних для національних архівів, музеїв, бібліотек або приватних організацій», – додали.
Хоча 5D-оптичне зберігання даних на прозорих матеріалах було продемонстровано в минулому, було показано, що важко записувати дані досить швидко і з достатньою щільністю для реальних додатків. Щоб подолати цю перешкоду, дослідники використали фемтосекундний лазер з високою частотою повторення, щоб створити крихітні лунки, що містять унікальну структуру, подібну до наноламелі, розміром лише 500 х 50 нанометрів кожна.
Замість того, щоб використовувати фемтосекундний лазер для запису безпосередньо на склі, дослідники використали світло для створення оптичного явища, відомого як посилення ближнього поля, при якому наноламелоподібна структура створюється кількома слабкими імпульсами. нановакуум, створений мікровибухом одного імпульсу. Використання посилення ближнього поля для виготовлення наноструктур зводило до мінімуму теплові пошкодження, які були проблематичними для інших підходів із використанням високочастотних повторюваних лазерів.
Оскільки наноструктури є анізотропними, вони створюють подвійне заломлення, яке можна охарактеризувати орієнтацією повільної осі світла (4-й вимір, що відповідає орієнтації наноламінованої структури) та силою затримки (5-й вимір, що визначається розміром наноструктури). ). Коли дані записуються на склі, орієнтацію повільної осі та силу затримки можна керувати поляризацією та інтенсивністю світла відповідно.
«Цей новий підхід покращує швидкість запису даних до практичного рівня, щоб ми могли записувати десятки гігабайт даних за розумний проміжок часу», — сказав Лей. Високо локалізовані точні наноструктури забезпечують більшу ємність даних, оскільки більше вокселів можна записати в одиницю об’єму. Крім того, використання імпульсного світла зменшує енергію, необхідну для запису. «
Дослідники використали свій новий метод для запису 5 гігабайт текстових даних на скляний диск. кремнезем розміром із звичайний компакт-диск, з точністю зчитування майже 100%. Кожен воксель містив чотири біти інформації, і обидва воксели відповідали одному символу тексту. Завдяки щільності запису, запропонованій методом, диск міг вмістити 500 терабайт даних. Дослідники кажуть, що завдяки оновленням системи, які дозволяють паралельно записувати, цю кількість даних можна буде записати приблизно за 60 днів.
З поточною системою ми маємо можливість зберегти терабайти даних, які можна використовувати, наприклад, щоб зберегти інформацію ДНК людини, яка зараз працює над збільшенням швидкості запису свого методу та зробити технологію придатною для використання поза лабораторією. Також буде необхідно розробити більш швидкі методи зчитування даних для практичних додатків для сховищ даних.
Фуенте: https://www.osapublishing.org/