28 اکتبر 2021توسط انجمن نوری
اعتبار: یوهائو لی و پیتر جی. کازانسکی، دانشگاه ساوتهمپتون
محققان یک روش نوشتن لیزری سریع و کم مصرف برای تولید نانوساختارهای با چگالی بالا در شیشه سیلیکا ابداع کرده‌اند. این ساختارهای کوچک را می‌توان برای ذخیره سازی داده‌های نوری پنج بعدی (5 بعدی) طولانی مدت استفاده کرد که بیش از 10000 برابر چگال‌تر از فناوری ذخیره سازی دیسک نوری Blue-Ray است.
Yuhao Lei، محقق دکترا از دانشگاه ساوتهمپتون در بریتانیا، گفت: «افراد و سازمان‌ها در حال تولید مجموعه داده‌های بزرگ‌تر هستند و نیاز مبرم به اشکال کارآمدتر ذخیره‌سازی داده با ظرفیت بالا، مصرف انرژی کم و طول عمر طولانی ایجاد می‌کنند. در حالی که سیستم‌های مبتنی بر ابر بیشتر برای داده‌های موقت طراحی شده‌اند، ما معتقدیم که ذخیره‌سازی داده‌های ۵ بعدی در شیشه می‌تواند برای ذخیره‌سازی طولانی‌مدت داده برای آرشیوهای ملی، موزه‌ها، کتابخانه‌ها یا سازمان‌های خصوصی مفید باشد.»
در مجله Optica Publishing Group، لی و همکارانش روش جدید خود را برای نوشتن داده‌ها که شامل دو بعد نوری به اضافه سه بعد فضایی است، توضیح می‌دهند. روش جدید می‌تواند با سرعت 1000000 وکسل در ثانیه بنویسد که معادل ثبت حدود 230 کیلوبایت داده (بیش از 100 صفحه متن) در ثانیه است.
لی گفت: «مکانیسم فیزیکی که ما استفاده می‌کنیم عمومی است. بنابراین، ما پیش‌بینی می‌کنیم که این روش نوشتن کم‌مصرف انرژی می‌تواند برای نانوساختارهای سریع در مواد شفاف برای کاربردهای اپتیک یکپارچه سه بعدی و میکروسیالات استفاده شود.»
اگرچه ذخیره سازی داده‌های نوری 5 بعدی در مواد شفاف قبلاً نشان داده شده است، نوشتن داده‌ها به اندازه کافی سریع و با چگالی کافی برای برنامه‌های کاربردی در دنیای واقعی چالش برانگیز بوده است. برای غلبه بر این مانع، محققان از لیزر فمتوثانیه‌ای با سرعت تکرار بالا برای ایجاد حفره‌های کوچک حاوی یک ساختار نانولاملا مانند با ابعاد تنها 500 در 50 نانومتر استفاده کردند.
به جای استفاده از لیزر فمتوثانیه برای نوشتن مستقیم روی شیشه، محققان از نور برای تولید یک پدیده نوری به نام بهبود میدان نزدیک استفاده کردند که در آن ساختاری شبیه نانولاملا توسط چند پالس نور ضعیف از یک نانوویید همسانگرد ایجاد شده توسط یک ریز انفجار تک پالس ایجاد می‌شود. استفاده از بهبود میدان نزدیک برای ساختن نانوساختارها، آسیب حرارتی را که برای سایر روش‌هایی که از لیزرهای با سرعت تکرار بالا استفاده می‌کنند، مشکل‌ساز بوده است، به حداقل رساند.
از آن‌جایی که نانوساختارها ناهمسانگرد هستند، انکسار مضاعف تولید می‌کنند که می‌تواند با جهت‌گیری محور آهسته نور (بعد چهارم، مطابق با جهت‌گیری ساختار نانولاملا مانند) و قدرت کندشدگی (بعد پنجم، تعریف شده با اندازه نانوساختار) مشخص شود. همانطور که داده‌ها در شیشه ثبت می‌شوند، جهت گیری محور آهسته و قدرت عقب ماندگی را می‌توان به ترتیب توسط قطبش و شدت نور کنترل کرد.
لی گفت: «این رویکرد جدید سرعت نوشتن داده‌ها را تا حد عملی بهبود می‌بخشد، بنابراین می‌توانیم ده‌ها گیگابایت داده را در یک زمان معقول بنویسیم». نانوساختارهای بسیار محلی و دقیق، ظرفیت داده بالاتری را ممکن می‌سازند زیرا وکسل‌های بیشتری را می‌توان در یک واحد حجم نوشت. علاوه بر این، استفاده از نور پالسی انرژی مورد نیاز برای نوشتن را کاهش می‌دهد.
محققان از روش جدید خود برای نوشتن 5 گیگابایت داده متنی بر روی یک دیسک شیشه‌ای سیلیکا به اندازه یک دیسک فشرده معمولی با دقت خواندن 100 درصد استفاده کردند. هر وکسل حاوی چهار بیت اطلاعات بود و هر دو وکسل مربوط به یک کاراکتر متنی بود. با چگالی نوشتاری موجود در این روش، دیسک قادر به نگهداری 500 ترابایت داده خواهد بود. با ارتقاء سیستمی که امکان نوشتن موازی را فراهم می‌کند، محققان می‌گویند نوشتن این مقدار داده در حدود 60 روز ممکن است.
پیتر جی. کازانسکی، رهبر تیم محقق گفت: «با سیستم فعلی، ما توانایی حفظ ترابایت داده را داریم که می‌توان از آن برای مثال برای حفظ اطلاعات از DNA یک فرد استفاده کرد.»
محققان اکنون در تلاش هستند تا سرعت نوشتن روش خود را افزایش دهند و این فناوری را در خارج از آزمایشگاه قابل استفاده کنند. روش‌های سریع‌تری برای خواندن داده‌ها نیز باید برای کاربردهای عملی ذخیره‌سازی داده‌ها ایجاد شود.
https://phys.org
