Các nhà nghiên cứu tại Đại học Southampton vừa phát triển được phương pháp viết bằng laser nhanh và năng lượng hiệu quả để tạo ra cấu trúc nano mật độ cao trong thủy tinh silica. Những cấu trúc nhỏ bé này có thể được sử dụng để lưu trữ dữ liệu quang học lưu trữ năm chiều (5D) dài hạn, dày đặc hơn 10.000 lần so với công nghệ lưu trữ đĩa quang Blue-Ray.
Kiểu lưu trữ dữ liệu này sử dụng ba lớp chấm kích thước nano trên đĩa thủy tinh. Kích thước, hướng và vị trí (theo ba chiều) của các điểm cung cấp năm “chiều” được sử dụng để mã hóa dữ liệu.
Theo các nhà điều tra, đĩa 5D vẫn có thể đọc được sau 13.8 tỷ năm, nhưng sẽ thật ngạc nhiên nếu vẫn còn có người ở đó đọc nó vào thời điểm đó. Trước mắt, phương tiện quang học 5D cũng có thể tồn tại sau khi được làm nóng đến 1.000 độ C.
Kỹ thuật được phát triển bởi nhà nghiên cứu tiến sĩ Yuhao Lei sử dụng tia laser femto giây tỷ lệ lặp lại cao. Quá trình bắt đầu bằng xung gieo hạt tạo ra khoảng trống nano, nhưng xung nhanh thực sự không cần ghi dữ liệu. Các xung yếu lặp đi lặp lại khai thác một hiện tượng được gọi là tăng cường trường gần để điêu khắc các cấu trúc nano theo cách nhẹ nhàng hơn. Các nhà nghiên cứu đã đánh giá các xung laser ở các mức công suất khác nhau và tìm ra mức tăng tốc độ ghi mà không làm hỏng đĩa thủy tinh silica.
Nghiên cứu báo cáo tốc độ dữ liệu tối đa là một triệu voxels mỗi giây, nhưng mỗi bit yêu cầu một số voxels trong hệ thống quang học 5D. Điều này tương đương với tốc độ dữ liệu khoảng 230 kilobyte mỗi giây. Tại thời điểm này, có thể lấp đầy một trong các đĩa có dung lượng ước tính khoảng 500 TB. Sẽ mất khoảng hai tháng để viết một lượng lớn dữ liệu như vậy, sau đó không thể thay đổi được.
Nhà nghiên cứu Yuhao Lei, từ Đại học Southampton, Vương quốc Anh cho biết: “Các cá nhân và tổ chức đang tạo ra các tập dữ liệu ngày càng lớn, tạo ra nhu cầu cấp thiết về các hình thức lưu trữ dữ liệu hiệu quả hơn với dung lượng cao, mức tiêu thụ điện năng thấp và tuổi thọ dài”. Ông nói thêm: “Mặc dù các hệ thống dựa trên đám mây được thiết kế nhiều hơn cho dữ liệu tạm thời, nhưng chúng tôi tin rằng việc lưu trữ dữ liệu 5D trong kính có thể hữu ích cho việc lưu trữ dữ liệu lâu dài hơn cho các cơ quan lưu trữ quốc gia, bảo tàng, thư viện hoặc tổ chức tư nhân”.
Mặc dù việc lưu trữ quang học dữ liệu 5D trong vật liệu trong suốt đã được chứng minh trước đây, nó đã được chứng minh rằng rất khó để ghi dữ liệu đủ nhanh và đủ mật độ cho các ứng dụng trong thế giới thực. Để vượt qua rào cản này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng tia laser femto giây có tốc độ lặp lại cao để tạo ra các hố nhỏ chứa cấu trúc giống nanolamella độc đáo có kích thước chỉ 500 x 50 nanomet mỗi hố.
Thay vì sử dụng tia laser femto giây để viết trực tiếp lên kính, các nhà nghiên cứu đã khai thác ánh sáng để tạo ra một hiện tượng quang học gọi là tăng cường trường gần, trong đó cấu trúc giống như nanolamella được tạo ra bởi một vài xung yếu. chân không nano được tạo ra bởi một vụ nổ vi mô xung đơn. Việc sử dụng cải tiến trường gần để chế tạo các cấu trúc nano đã giảm thiểu thiệt hại do nhiệt vốn là vấn đề đối với các phương pháp khác sử dụng laser tốc độ lặp lại cao.
Vì cấu trúc nano có tính dị hướng nên chúng tạo ra khả năng lưỡng chiết có thể được đặc trưng bởi sự định hướng của trục ánh sáng chậm (chiều thứ 4, tương ứng với sự định hướng của cấu trúc ở dạng nanolaminate) và cường độ của độ trễ (chiều thứ 5, được xác định bởi kích thước của cấu trúc nano). Khi dữ liệu được ghi trên kính, hướng của trục chậm và cường độ trễ có thể được kiểm soát tương ứng bằng độ phân cực và cường độ ánh sáng.
Lei cho biết: “Phương pháp mới này cải thiện tốc độ ghi dữ liệu đến mức thực tế, vì vậy chúng tôi có thể ghi hàng chục gigabyte dữ liệu trong một khoảng thời gian hợp lý”. Cấu trúc nano có độ chính xác cục bộ cao cho phép dung lượng dữ liệu lớn hơn vì có thể ghi nhiều voxel hơn vào một đơn vị khối lượng. Ngoài ra, việc sử dụng ánh sáng xung giúp giảm năng lượng cần thiết để viết. «
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng phương pháp mới của họ để ghi 5 gigabyte dữ liệu văn bản vào đĩa thủy tinh silica có kích thước bằng một chiếc đĩa compact thông thường, với độ chính xác đọc gần như 100%. Mỗi voxel chứa bốn bit thông tin và cả hai voxel đều khớp với một ký tự văn bản. Với mật độ ghi mà phương pháp này cung cấp, đĩa có thể chứa 500 terabyte dữ liệu. Với các bản cập nhật hệ thống cho phép ghi song song, các nhà nghiên cứu cho biết có thể ghi lượng dữ liệu này trong khoảng 60 ngày.
Với hệ thống hiện tại, chúng tôi có khả năng lưu trữ hàng terabyte dữ liệu có thể được sử dụng, ví dụ, để lưu giữ thông tin DNA của một người hiện đang làm việc để tăng tốc độ viết phương pháp của mình và làm cho công nghệ này có thể sử dụng được bên ngoài phòng thí nghiệm. Các phương pháp đọc dữ liệu nhanh hơn cũng sẽ cần được phát triển cho các ứng dụng lưu trữ dữ liệu thực tế.
Fuente: https://www.osapublishing.org/