Bộ lưu trữ quang học 5D: Ghi Laser tốc độ cao có thể đóng gói 500 Terabyte vào đĩa thủy tinh kích thước CD

Những tiến bộ giúp lưu trữ quang 5D mật độ cao trở nên thiết thực để lưu trữ dữ liệu lâu dài.

Các nhà nghiên cứu đã phát triển một phương pháp ghi laser nhanh và tiết kiệm năng lượng 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 năm chiều (5D) lâu dài, mật độ dày hơn 10.000 lần so với công nghệ lưu trữ đĩa quang Blue-Ray.

“Các cá nhân và tổ chức đang tạo ra các bộ dữ liệu ngày càng lớn, tạo ra nhu cầu rất lớn về các hình thức lưu trữ dữ liệu hiệu quả hơn với dung lượng cao, tiêu thụ năng lượng thấp và tuổi thọ lâu dài”, nhà nghiên cứu tiến sĩ Yuhao Lei từ Đại học Southampton ở Anh cho biết. “Trong khi các hệ thống dựa trên đám mây được thiết kế nhiều hơn cho dữ liệu tạm thời, chúng tôi tin rằng 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 các tổ chức tư nhân.”

Trong Optica , tạp chí của Optica Publishing Group dành cho nghiên cứu có tác động cao, Lei và các đồng nghiệp mô tả phương pháp mới của họ để ghi dữ liệu bao gồm hai chiều quang học cộng với ba chiều không gian. Cách tiếp cận mới có thể ghi với tốc độ 1.000.000 voxels mỗi giây, tương đương với việc ghi khoảng 230 kilobyte dữ liệu (hơn 100 trang văn bản) mỗi giây.

Lei nói: “Cơ chế vật lý mà chúng tôi sử dụng là chung chung. “Do đó, chúng tôi dự đoán rằng phương pháp viết tiết kiệm năng lượng này cũng có thể được sử dụng để cấu trúc nano nhanh chóng trong vật liệu trong suốt cho các ứng dụng trong quang học tích hợp 3D và vi lỏng.”

Viết laser nhanh hơn, tốt hơn

Mặc dù lưu trữ dữ liệu quang học 5D trong vật liệu trong suốt đã được chứng minh trước đây, việc ghi dữ liệu đủ nhanh và với mật độ đủ cao cho các ứng dụng trong thế giới thực đã chứng tỏ là một thách thức. Để vượt qua rào cản này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một tia laser femto giây với tốc độ lặp lại cao để tạo ra các lỗ nhỏ chứa một cấu trúc giống nanolamella duy nhất có kích thước chỉ 500 x 50 nanomet mỗi lỗ.

Thay vì sử dụng tia laser femto giây để ghi trực tiếp vào kính, các nhà nghiên cứu đã khai thác ánh sáng để tạo ra một hiện tượng quang học được gọi là tăng cường trường gần, trong đó một cấu trúc giống nanolamella được tạo ra bởi một vài xung ánh sáng yếu, từ một nanovoid đẳng hướng. được tạo ra bởi một vụ nổ vi mô xung đơn. Sử dụng tăng cường trường gần để làm cho các cấu trúc nano giảm thiểu thiệt hại nhiệt vốn là vấn đề đối với các phương pháp tiếp cận khác sử dụng laser tốc độ lặp lại cao.

Bởi vì các cấu trúc nano là dị hướng, chúng tạo ra lưỡng chiết có thể được đặc trưng bởi hướng trục chậm của ánh sáng (chiều thứ 4, tương ứng với hướng của cấu trúc giống nanolamella) và cường độ làm chậm (chiều thứ 5, được xác định bởi kích thước của cấu trúc nano). Khi dữ liệu được ghi vào kính, hướng trục chậm và cường độ chậm có thể được kiểm soát bởi sự phân cực và cường độ ánh sáng tương ứng.

Lei cho biết: “Cách tiếp cận 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 thời gian hợp lý. “Các cấu trúc nano chính xác, được bản địa hóa cao cho phép dung lượng dữ liệu cao hơn vì có thể viết nhiều voxels hơn trong một đơn vị khối lượng. Ngoài ra, sử dụng ánh sáng xung làm giảm năng lượng cần thiết cho việc viết lách ”.

Ghi dữ liệu trên đĩa CD thủy tinh

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng phương pháp mới của họ để ghi 5 gigabyte dữ liệu văn bản lên một đĩa thủy tinh silica có kích thước bằng một đĩa compact thông thường với độ chính xác đọc gần 100%. Mỗi voxel chứa bốn bit thông tin và cứ hai voxel tương ứng với một ký tự văn bản. Với mật độ ghi có sẵn từ phương pháp, đĩa sẽ có thể chứa 500 terabyte dữ liệu. Với việc nâng cấp hệ thống cho phép ghi song song, các nhà nghiên cứu cho rằng việc ghi lượng dữ liệu này trong khoảng 60 ngày là hoàn toàn khả thi.

Peter G. Kazansky, trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết: “Với hệ thống hiện tại, chúng tôi có khả năng bảo tồn hàng terabyte dữ liệu, ví dụ, có thể được sử dụng để lưu giữ thông tin từ DNA của một người.

Các nhà nghiên cứu hiện đang làm việc để tăng tốc độ ghi của phương pháp của họ 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 phải được phát triển cho các ứng dụng lưu trữ dữ liệu thực tế.

Tham khảo: “Cấu trúc nano dị hướng laser siêu nhanh tốc độ cao bằng cách kiểm soát lắng đọng năng lượng thông qua tăng cường trường gần” của Yuhao Lei, Masaaki Sakakura, Lei Wang, Yanhao Yu, Huijun Wang, Gholamreza Shayeganrad và Peter G. Kazansky, 28 tháng 10 năm 2021, Optica .
DOI: 10.1364 / OPTICA.433765

Theo Scitechdaily