Los investigadores han desarrollado un método de escritura láser nuevo, rápido y energéticamente eficiente para producir nanoestructuras en vidrio de sílice. Utilizaron el método para registrar 6 gigabytes de datos en una muestra de vidrio de sílice de una pulgada. Los cuatro cuadrados representados miden cada uno 8,8 x 8,8 mm. También utilizaron el método de escritura láser para escribir el logotipo de la universidad y marcar el vidrio. Crédito: Yuhao Li y Peter J. Kazansky, Universidad de Southampton

Los avances hacen que el almacenamiento óptico de alta densidad 5D sea práctico para el archivo de datos a largo plazo.

Los investigadores han desarrollado un método de escritura láser rápido y energéticamente eficiente para producir nanoestructuras de alta densidad en vidrio de sílice. Estas diminutas estructuras se pueden utilizar para almacenar datos ópticos 5D de largo alcance que son 10.000 veces más densos que el almacenamiento en disco óptico Blu-ray.

«Las personas y las organizaciones están creando conjuntos de datos cada vez más grandes, creando una necesidad urgente de formas más eficientes de almacenamiento de datos con alta capacidad, bajo consumo de energía y larga vida», dijo el investigador doctoral Yuhao Li de la Universidad de Southampton en el Reino Unido. «Si bien los sistemas basados ​​en la nube están diseñados más para datos temporales, creemos que almacenar datos 5D en vidrio podría ser beneficioso para el almacenamiento de datos a largo plazo para archivos nacionales, museos, bibliotecas o instituciones privadas».

en un VisualLei y sus colegas, el Optica Publishing Group para investigaciones de alto impacto, describen su nuevo método para escribir datos que incluye dos dimensiones visuales y tres espaciales. El nuevo enfoque puede escribir a una velocidad de 1.000.000 de vóxeles por segundo, lo que equivale a registrar unos 230 kilobytes de datos (más de 100 páginas de texto) por segundo.

«El mecanismo físico que usamos es general», me dijo. «Por lo tanto, anticipamos que este método de escritura energéticamente eficiente también se puede utilizar para nanoestructuras rápidas en materiales transparentes para aplicaciones en óptica integrada 3D y microfluídica».

Escritura láser más rápida y mejor

Aunque se ha demostrado anteriormente el almacenamiento de datos ópticos 5D en materiales transparentes, la escritura de datos a una densidad lo suficientemente rápida y alta para aplicaciones del mundo real ha demostrado ser un desafío. Para superar este obstáculo, los investigadores utilizaron un láser de femtosegundos con una alta tasa de repetición para crear pequeños pozos que contienen una única estructura similar a una nanolamela que mide 500 por 50 nanómetros cada uno.

En lugar de usar un láser de femtosegundos para escribir directamente en el vidrio, los investigadores aprovecharon la luz para producir un fenómeno óptico conocido como mejora de campo cercano, en el que se crea una estructura similar a una nanolamela mediante unos pocos pulsos de luz débiles, un isótropo de nanopartículas. El resultado de una microrráfaga de un solo pulso. El uso de la optimización de campo cercano para hacer nanoestructuras reduce el daño térmico que ha sido un problema para otros enfoques que utilizan láseres de alta tasa de repetición.

Como las nanoestructuras son anisotrópicas, producen una refracción que puede describirse por la orientación del eje lento de la luz (la cuarta dimensión, correspondiente a la dirección de la estructura similar a una nanolamela) y la fuerza de retardo (la quinta dimensión, determinada por el tamaño de la nanoestructura). Mientras se registran datos en vidrio, la dirección del eje lento y la fuerza de amortiguación se pueden controlar mediante la polarización y la intensidad de la luz, respectivamente.

«Este nuevo enfoque mejora la velocidad de escritura de datos a un nivel práctico, de modo que podemos escribir decenas de gigabytes de datos en un tiempo razonable», dijo Lei. «Las nanoestructuras localizadas de alta resolución permiten una mayor capacidad de datos porque se pueden escribir más píxeles en un volumen. Además, el uso de luz pulsada reduce la energía necesaria para escribir».

Escribir datos en un CD de cristal

Los investigadores utilizaron su nuevo método para escribir 5 gigabytes de datos de texto en un disco de vidrio de sílice que se aproxima al tamaño de un CD convencional con casi el 100% de lecturas. Salud. Cada vóxel contiene cuatro piezas de información y cada dos píxeles corresponden a un carácter de texto. Con la densidad de escritura disponible del método, el disco podrá contener 500 TB de datos. Con las actualizaciones del sistema que permiten la escritura paralela, los investigadores dicen que debería ser posible escribir esta cantidad de datos en aproximadamente 60 días.

“Con el sistema actual, tenemos la capacidad de guardar terabytes de datos, que pueden usarse, por ejemplo, para guardar información de ADNPeter J. dijo: Kazansky, investigador principal.

Los investigadores ahora están trabajando para aumentar la velocidad de escritura de su método y hacer que la tecnología se pueda utilizar fuera del laboratorio. También se deben desarrollar métodos de lectura de datos más rápidos para aplicaciones prácticas de almacenamiento de datos.

Referencia: «Nanoestructuras láser anisotrópicas de alta velocidad mediante el control de la deposición de energía mediante la optimización de campo cercano» Por Yuhao Li, Masaaki Sakakura, Li Wang, Yanhao Yu, Huijun Wang, Glamriza Shaiganrad y Peter J. Kazansky, 28 de octubre de 2021, Visual.
DOI: 10.1364 / OPTICA.433765