Pesquisadores da Universidade de Southampton desenvolveram um método de gravação a laser rápido e eficiente em termos de energia para produzir nanoestruturas de alta densidade em vidro de sílica. Essas estruturas minúsculas podem ser usadas para armazenamento de dados ópticos em cinco dimensões (5D) por um longo período, mais de 10.000 vezes mais denso do que a tecnologia de armazenamento em disco óptico Blue-Ray. Segundo os desenvolvedores, esse disco óptico 5D pode armazenar 500 TB por milhões de anos.
Este tipo de armazenamento de dados usa três camadas de pontos em nanoescala em um disco de vidro. O tamanho, orientação e posição (em três dimensões) dos pontos fornecem as cinco “dimensões” usadas para codificar os dados.
De acordo com os pesquisadores, um disco 5D ainda pode ser lido depois de 13,8 bilhões de anos, mas seria surpreendente se alguém ainda estivesse por perto para lê-lo na época. No curto prazo, a mídia óptica 5D também pode sobreviver após ser aquecida a 1.000 graus Celsius.
A técnica desenvolvida pelo pesquisador PhD Yuhao Lei usa um laser de femtossegundo de alta taxa de repetição. O processo começa com um pulso de propagação que cria um nano vácuo, mas o pulso rápido não precisa realmente gravar dados. Os pulsos fracos repetidos exploram um fenômeno conhecido como aprimoramento de campo próximo para esculpir nanoestruturas de uma maneira mais suave. Os pesquisadores avaliaram os pulsos de laser em diferentes níveis de potência e descobriram um nível que acelera a escrita sem danificar o disco de vidro de sílica.
Disco óptico 5D pode armazenar 500 TB por milhões de anos
O estudo relata uma taxa máxima de dados de um milhão de voxels por segundo , mas cada bit requer vários voxels em sistemas ópticos 5D. Isso equivale a uma taxa de dados de aproximadamente 230 kilobytes por segundo. Neste ponto, é possível preencher um dos discos, cuja capacidade é estimada em 500 TB. Levaria cerca de dois meses para gravar uma quantidade tão grande de dados, depois dos quais não poderia ser alterado.
Indivíduos e organizações estão gerando conjuntos de dados cada vez maiores, criando uma necessidade desesperada por formas mais eficientes de armazenamento de dados com alta capacidade, baixo consumo de energia e longa vida útil”, disse o pesquisador Yuhao Lei, da Universidade de Southampton, no Reino Unido. “Embora os sistemas baseados em nuvem sejam mais projetados para dados temporários, acreditamos que o armazenamento de dados 5D em vidro pode ser útil para armazenamento de dados de longo prazo para arquivos nacionais, museus, bibliotecas ou organizações privadas, acrescentou.
Embora o armazenamento óptico de dados 5D em materiais transparentes tenha sido demonstrado no passado, foi demonstrado que é difícil escrever dados com rapidez e densidade suficientes para aplicações do mundo real. Para superar esse obstáculo, os pesquisadores usaram um laser de femtossegundo de alta taxa de repetição para criar pequenos poços que contêm uma estrutura semelhante à nanolamela, medindo apenas 500 x 50 nanômetros cada.
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Substituição do laser
Em vez de usar o laser de femtossegundo para escrever diretamente no vidro, os pesquisadores aproveitaram a luz para produzir um fenômeno óptico conhecido como aumento de campo próximo, no qual uma estrutura semelhante à nanolamela é gerada por alguns pulsos fracos. nanovácuo gerado por uma micro explosão de pulso único. O uso de aprimoramento de campo próximo para fabricar as nanoestruturas minimizou o dano térmico que tem sido problemático para outras abordagens que usam lasers de repetição de alta frequência.
Por serem anisotrópicas, as nanoestruturas produzem uma birrefringência que pode ser caracterizada pela orientação do eixo lento da luz (4ª dimensão, correspondendo à orientação da estrutura nanolaminada) e pela força de retardo (5ª dimensão, definida pelo tamanho da nanoestrutura) . Quando os dados são registrados no vidro, a orientação do eixo lento e a intensidade do atraso podem ser controladas pela polarização e pela intensidade da luz, respectivamente.
Esta nova abordagem melhora a velocidade de gravação de dados em um nível prático, de modo que podemos gravar dezenas de gigabytes de dados em um período de tempo razoável”, disse Lei. Nanoestruturas de precisão altamente localizadas permitem maior capacidade de dados, pois mais voxels podem ser gravados em um volume unitário. Além disso, o uso de luz reduz a energia necessária para escrever.
Gravação de dados
Os pesquisadores usaram seu novo método para gravar 5 gigabytes de dados de texto em um disco de vidro de sílica do tamanho de um disco compacto convencional, com quase 100% de precisão de leitura. Cada voxel continha quatro bits de informação e ambos os voxels correspondiam a um caractere de texto. Com a densidade de gravação oferecida pelo método, o disco poderia conter 500 terabytes de dados. Com atualizações do sistema que permitem a gravação paralela, os pesquisadores afirmam que deve ser possível gravar essa quantidade de dados em cerca de 60 dias.
Com o sistema atual, temos a capacidade de preservar terabytes de dados, que poderiam ser usados, por exemplo, para preservar as informações de DNA de uma pessoa que agora está trabalhando para aumentar a velocidade de gravação de seu método e tornar a tecnologia utilizável. o laboratório. Também será necessário desenvolver métodos mais rápidos de leitura de dados para aplicações práticas de armazenamento de dados.
