Tyrėjai sukūrė būdą greitai ir daug energijos nereikalaujantį didelio tankio nanostruktūrų kūrimo kvarciniame stikle būdą. Šios mažos nanostruktūros gali būti panaudotos kaip ilgalaikės penkių matmenų (5D) optinės laikmenos, kuriose duomenys saugomi daugiau nei 10 000 kartų tankiau, nei Blue-Ray optinių diskų technologija.
Tyrėjai sukūrė būdą greitai ir daug energijos nereikalaujantį didelio tankio nanostruktūrų kūrimo kvarciniame stikle būdą. Šios mažos nanostruktūros gali būti panaudotos kaip ilgalaikės penkių matmenų (5D) optinės laikmenos, kuriose duomenys saugomi daugiau nei 10 000 kartų tankiau, nei Blue-Ray optinių diskų technologija.
Tyrėjai sukūrė naują spartų ir našų lazerinio rašymo metodą kurti nanostruktūras kvarciniame stikle. Šiuo metodu jie įrašė 6 GB duomenų coliniame stiklo bandinyje. Kiekvieno iš keturių kvadratėlių matmenys yra vos 8,8⨉8,8 mm. Šiuo lazerinio rašymu metodu jie nupiešė ir universiteto logotipą ir ženklą
© Yuhao Lei ir Peter G. Kazansky, University of Southampton
„Privatūs asmenys ir organizacijos kuria vis daugiau informacijos, sukeldami desperatišką poreikį efektyvesnių duomenų saugojimo sprendimų, galinčių pasiūlyti didelę talpą, mažas energijos sąnaudas ir ilgą informacijos saugojimą“, – dėstė doktorantas Yuhao Lei iš Southamptono universiteto, JK. – Debesų kompiuterija labiau skirta laikiniems duomenims, tuo tarpu manome, kad 5D duomenų kaupimas stikle galėtų pasitarnauti ilgalaikiam informacijos saugojimui nacionaliniuose archyvuose, muziejuose, bibliotekose ar privačiose organizacijose.“
„Optica Publishing Group“ leidžiamame žurnale Optica, Lei su kolegomis aprašo savo naują duomenų rašymo metodą, apimantį du optinius matmenis ir tris erdvinius. Naujuoju būdu galima įrašyti 1 000 000 vokselių per sekundę, kas atitinka maždaug 230 kilobaitus duomenų (daugiau nei 100 teksto puslapių) per sekundę.
„Mūsų naudojamas fizikinis mechanizmas nėra kuo nors išskirtinis, – sako Lei. – Tad, tikimės, kad toks efektyvus rašymo metodas galėtų būti panaudotas ir greitam trimačiam permatomų medžiagų nanostruktūrizavimui optikoje ir mikrohidrodinamikoje.“
Greitesnis, geresnis lazerinis rašymas
Nors 5D optinis duomenų saugojimas skaidriose medžiagose nėra naujiena, tikru iššūkiu tapo duomenis įrašyti pakankamai sparčiai ir dideliu tankumu. Šią kliūtį tyrėjai įveikė, didelio veikimo dažnio femtosekundiniu lazeriu sukurdami mažos duobeles, o kiekvienoje iš jų – po 500⨉50 nm nanolakštelių struktūrą.
Užuot femtosekundiniu lazeriu rašę tiesia į stiklą, tyrėjai šviesa kūrė optinį reiškinį, vadinamą artimo lauko sustiprinimu, kai atskiru šviesos impulsu sukelto mikrosprogimo izotropinėse nanoertmėse keliais silpnais šviesos impulsais sukuriamos nanolakštelių struktūros. Nanostruktūrų kūrimui naudojant artimo lauko sustiprinimą, sumažėjo šiluminė pažaida, kėlusi problemų, įrašant kitais didelio dažnio lazeriais.
Kadangi nanostruktūros anizotropiškos, jos sukuria dvigubą šviesos lūžimą, charakterizuojamą šviesos poliarizacijos ašies orientacija (4 matmuo, atitinkantis nanolakštelių struktūrą) ir slopinimo stiprumą (5 matmuo, apibrėžiamas nanostruktūros dydžiu). Įrašant duomenis į stiklą, poliarizacijos ašies orientacija ir slopinimo stiprumas gali būti kontroliuojami šviesos poliarizacija ir intensyvumu.
„Šis naujas būdas paspartina duomenų įrašymą iki praktinio naudojimo lygio, tad, galime dešimtis gigabaitų įrašyti per priimtiną laiką, – sakė Lei. – Naudojant stipriai lokalizuotas, preciziškas nanostruktūras, padidėja laikmenos talpa, nes tame pačiame tūryje galima įrašyti daugiau vokselių. Be to, naudojant šviesos impulsus, įrašymui reikia mažiau energijos.“
Duomenų rašymas į stiklinius CD
Panaudodami savo naują metodą, tyrėjai įrašė 5 gigabaitus teksto į maždaug įprasto kompaktinio disko dydžio kvarco diską ir nuskaitė informaciją beveik 100% tikslumu. Kiekviename vokselyje yra keturi informacijos bitai, ir du vokseliai atitinka vieną teksto elementą. Naudojant šį metodą.tokiame diske būtų galima sutalpinti 500 terabaitų duomenų. Pritaikius lygiagretaus įrašymo sistemą, tokį diską būtų galima įrašyti per maždaug 60 dienų, teigia tyrėjai.
„Dabartine sistema galime įrašyti terabaitus duomenų, kurie galėtų būti naudojami, pavyzdžiui, išsaugoti asmens DNR informaciją“, – svarstė tyrėjų komandos vadovas Peter G. Kazansky.
Dabar tyrėjai stengiasi padidinti informacijos įrašymo savo metodu spartą ir padaryti šią technologiją prieinamą ne vien laboratorijoje. Kad duomenų saugojimas tokiomis priemonėmis būtų praktiškas, dar reikės sukurti ir spartesnius duomenų nuskaitymo metodus.
The Optical Society / phys.org
Daugiau informacijos: Yuhao Lei et al, „High speed ultrafast laser anisotropic nanostructuring by energy deposition control via near-field enhancement Optica“(2021). DOI: 10.1364/OPTICA.433765
Žurnalo informacija: Optica
Provided by „The Optical Society“
