Eternal 5D

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Eternal 5D или Superman memory crystal[1] — технология оптической записи информации с очень высокой плотностью и долговечностью, разработанная учёными Исследовательского центра оптоэлектроники (англ. Optoelectronics Research Centre) Саутгемптонского университета[2].

Носитель информации представляет собой наноструктурированный прозрачный материал, запись производится с помощью фемтосекундного лазера, работающего в режиме синхронизации мод[3]. Таким методом возможно записать до 360 терабайт информации на один кристалл[2][4]; расчётный срок хранения информации составляет порядка миллиардов лет[5][6][7][8].

Разработка технологии[править | править вики-текст]

Основной принцип — оптическая запись информации на прозрачный материал, не обладающий особой светочувствительностью, но долговечный — например, кварцевое стекло. Первый эксперимент, показавший практическую возможность сделать это с помощью фемтосекундного лазера в режиме синхронизации мод, был поставлен в 1996 году[1][9][10]. Первая успешная запись 300 килобайт данных была продемонстрирована в 2013 году[11][12].

Для модуляции используются интенсивность, поляризация и длина волны лазерного излучения. Если в кварцевое стекло внедрить наночастицы серебра или золота, для повышения плотности записи информации можно использовать также плазмоны[13][14][15] и самосборку нанорешётки под действием лазерных импульсов[16][17][1]. Такие нанорешётки, включающие в себя слоистые структуры толщиной 20 нм, расположенные в толще материала[18][19][20], оказались устойчивыми при повышенных температурах[21]. Физика процесса самосборки нанорешёток до сих пор не вполне исследована, хотя были попытки дать ему теоретическое объяснение[22][23][1].

Записанные данные располагаются в трёхмерном объёме, расстояние между соседними точками составляет 3,7 мкм, между слоями 20 мкм. Самособранная наноструктура взаимодействует с оптическим излучением как одноосный кристалл с отрицательным двойным лучепреломлением. Каждая точка, сделанная лазером, помимо положения в трёхмерном пространстве обладает ещё своим направлением оптической оси (влияет на поляризацию излучения) и степенью непрозрачности (влияет на интенсивность излучения). Таким образом, к трём геометическими пространственным измерениям добавляются ещё два «оптических измерения», и запись данных становится «пятимерной» — потому технология и была названа Eternal 5D[1].

На практике удалось сделать до 18 слоёв записи, используя световые импульсы длительностью 600 фс и энергией 0,2 мкДж, с частотой следования импульсов 500 кГц. Проведённые по результатом тестов расчёт показали время разрушения нанорешётки при температуре 30 ⁰C порядка 3 × 1020±1 лет, при 189 ⁰C — около 13,8 × 109 лет, что сопоставимо с возрастом Вселенной[1].

Применение[править | править вики-текст]

Images.png Внешние медиафайлы
Изображения
Image-silk.png Eternal 5D диск
Видеофайлы
Silk-film.png Процесс лазерной записи

В 2015 году на церемонии закрытия Международного года света в Мехико Исследовательский центр оптоэлектроники преподнёс в дар ЮНЕСКО Eternal 5D диск с записью Всеобщей декларации прав человека. На такие же опытные диски были записаны «Оптика» Исаака Ньютона, «Магна Карта» и Библия короля Якова[2].

Разработчики технологии видят возможное практическое применение ей в организациях, которым требуется надёжное длительное хранение больших объёмов данных (библиотеки, архивы, музеи и другие), а в перспективе — для хранения информации за пределами Земли, в жёстких условиях других планет и открытого космоса. Внедрению этого изобретения в серийное коммерческое производство и массовое применение препятствует высокая стоимость записывающего оборудование (особенно фемтосекундных лазеров)[1].

Примечания[править | править вики-текст]

Литература[править | править вики-текст]

  • Glezer E. N., Milosavljevic M., Huang L., Finlay R. J., Her T.-H., Callan J. P., Mazur E. Three-dimensional optical storage inside transparent materials (англ.) // Opt. Lett. — 1996. — Iss. 21. — P. 2023-2025.
  • Watanabe M., Juodkazis S., Sun H. B., Matsuo S., Misawa H., Miwa M., Kaneko R. Transmission and photoluminescence images of three-dimensional memory in vitreous silica // Applied Physics Letters. — 1999. — Вып. 74. — С. 3957-3559.
  • Zijlstra P., Chon J. W. M., Gu M. Five-dimensional optical recording mediated by surface plasmons in gold nanorods (англ.) // Nature. — 2009. — Iss. 459. — P. 410-413.
  • Royon A., Bourhis K., Bellec M., Papon G., Bousquet B., Deshayes Y., Cardinal T., Canioni L. Silver clusters embedded in glass as a perennial high capacity optical recording medium (англ.) // Adv. Mater. — 2010. — Iss. 22. — P. 5282-5286.
  • Podlipensky A., Abdolvand A., Seifert G., Graener H. Femtosecond laser assisted production of dichroitic 3D structures in composite glass containing Ag nanoparticles (англ.) // Appl. Phys. — 2005. — Iss. 80. — P. 1647-1652.
  • Shimotsuma Y., Sakakura M., Kazansky P. G., Beresna M., Qiu J., Miura K., Hirao K. Ultrafast manipulation of self-assembled form birefringence in glass (англ.) // Adv. Mater. — 2010. — Iss. 22. — P. 4039-4043.
  • Zhang J., Gecevičius M., Beresna M., Kazansky P. G. Seemingly unlimited lifetime data storage in nanostructured glass (англ.) // Phys. Rev. Lett. — 2014. — Iss. 112. — P. 033901.
  • Kazansky P. G., Inouye H., Mitsuyu T., Miura K., Qiu J., Hirao K., Starrost F. Anomalous anisotropic light scattering in Ge-doped silica glass (англ.) // Phys. Rev. Lett. — 1999. — Iss. 82. — P. 2199-2202.
  • Shimotsuma Y., Kazansky P. G., Qiu J., Hirao K. Self-organized nanogratings in glass irradiated by ultrashort light pulses (англ.) // Phys. Rev. Lett. — 2003. — Iss. 91. — P. 247705.
  • Taylor R. S., Hnatovsky C., Simova E., Rajeev P. P., Rayner D. M., Corkum P. B. Femtosecond laser erasing and rewriting of self-organized planar nanocracks in fused silica glass (англ.) // Opt. Lett. — 2007. — Iss. 32. — P. 2888-2890.
  • Bricchi E., Kazansky P. G. Extraordinary stability of anisotropic femtosecond direct-written structures embedded in silica glass (англ.) // Appl. Phys. Lett. — 2006. — Iss. 88. — P. 111119.
  • Richter S., Miese C., Döring S., Zimmermann F., Withford M. J., Tünnermann A., Nolte S. Laser induced nanogratings beyond fused silica—periodic nanostructures in borosilicate glasses and ULETM (англ.) // Opt. Mater. Express. — 2013. — Iss. 3. — P. 1161-1166.
  • Lancry M., Poumellec B., Canning J., Cook K., Poulin J.-C., Brisset F. Ultrafast nanoporous silica formation driven by femtosecond laser irradiation (англ.) // Laser Photon. Rev. — 2013. — Iss. 7. — P. 953-962.
  • Zhang J., Cerkauskaite A., Drevinskas R., Patel A., Beresna M., Kazansky P. Eternal 5D data storage by ultrafast laser writing in glass (англ.) // Proc. SPIE 9736, 97360U. — 2016. — DOI:10.1117/12.2220600.

Ссылки[править | править вики-текст]