Учёные записали 500 ТБ в стеклянную пластинку
Исследователи из Саутгемптонского университета (Великобритания) усовершенствовали свою технологию оптической записи данных в кварцевое стекло. В новой научной работе они рапортуют о возможности сохранить до 500 терабайт информации в пластине размером с компакт-диск. Данные записываются лазером в несколько слоёв c различной ориентацией вокселей в пространстве (технология называется 5D, потому что учитывается пять степеней свободы всех нановоидов с вокселями).
Учёным удалось кардинально повысить скорость лазерной записи до 225 КБ в секунду, так что один диск теперь вполне можно записать в обозримое время за несколько месяцев.
Команда Саутгемптонского университета работает над технологией 5D почти десять лет. Первую экспериментальную версию они представили в 2013 году, сумев записать на стеклянную пластину текстовый файл размером 300 килобайт со скоростью 12 кбит/с, а затем в 2016 году.
Запись производится фемтосекундным лазером, который излучает короткие мощные вспышки света для формирования наноразмерных структур размером 500×50 нанометров внутри стекла. (1 фс = 10?15 с).
(a) Схема установки для лазерной записи. EOM — электрооптический модулятор, QWP — четвертьволновая пластина. (b) Азимут оси вокселей, записанных сотней лазерных импульсов с энергией 30 нДж при различных частотах повторения от 1 до 10 Мгц, длительность импульса и длина волны составляют 250 фс и 515 нм, соответственно. Псевдоцвета указывают локальную ориентацию медленной оси.
Последнее изобретение научного коллектива называется «усиление ближнего поля» (near-field enhancement). Эта технология позволяет создавать наноструктуры с помощью более слабых световых импульсов с большей скоростью — до 1 000 000 вокселей в секунду (225 КБ/с). Получается примерно 810 МБ в час. Учёные отмечают, что если использовать параллельную запись несколькими лазерами, то один диск можно записать всего за 60 суток.
Моделирование распределения интенсивности света вокруг нановоида в плоскости, перпендикулярной направлению распространения света, для различных диаметров от 80 до 200 нм
«Этот новый подход повышает скорость записи данных до практического уровня, так что мы можем записывать десятки гигабайт данных за разумное время», — говорит докторант Лей (Yuhao Lei), один из авторов научной работы. — Высоко локализованные, прецизионные наноструктуры позволяют в единице объёма можно записать больше вокселей. Кроме того, использование импульсного света снижает затраты энергии на запись».
Запись посредством усиления ближнего поля энергомодулированными импульсами. Изображения азимута медленной оси вокселей, записанных двумя импульсами 32 нДж и восемью импульсами 14,4 нДж (слева), десятью импульсами 32 нДж (в середине слева), двумя импульсами 32 нДж (в середине справа) и десятью импульсами 14,4 нДж (справа) с частотой повторения 10 МГц, длительностью импульса 250 фс и длиной волны 515 нм
По мнению учёных, новое изобретение поможет человечеству избавиться от «облачной зависимости» и снизит спрос на облачные услуги по всему миру, потому что предприятия и отдельные люди смогут хранить на дисках всю имеющуюся у них информацию.
Кварцевое стекло очень долговечное: диск выдерживает нагрев до 1000 °С и может храниться миллиарды лет при комнатной температуре без деградации. Это практически идеальный накопитель для долговременного хранилища. Учёные пишут, что материал «выдерживает 13,8 млрд лет при температуре 190 °С», очевидно, обращаясь к историческим аналогиям.
Скорость считывания с диска на порядки выше, чем скорость записи, и достигает «десятков мегабайт в секунду». Её можно повысить за счёт применения более продвинутых алгоритмов декодирования и автоматической поляризационной томографии, пишут авторы.
Считывание данных
Научная статья опубликована 28 октября 2021 года в журнале Optica (doi: 10.1364/OPTICA.433765).
Похожие разработки ведут учёные Шанхайского политехнического университета. Вместо кремниевого стекла они используют особый композитный материал «на основе специализированных наночастиц, дополнительно легированных лантаноидами с частицами оксида графена», ёмкость оптического диска диаметром около 15 см примерно 700 ТБ. Субдифракционная оптическая запись производителя лазером непрерывного действия. Статья опубликована в разделе прикладной физики журнала Science Advances 24 февраля 2021 года (doi: 10.1126/sciadv.abe2209).
