Золотые нанопроводки втиснули терабайт на один диск
Очередной скачок вместимости DVD-дисков, что случится приблизительно через пять-десять лет, обещают нам австралийские учёные. Посредством нанотехнологий им удалось на одном и том же участке диска разместить пять непересекающихся «измерений» данных, каждое из которых возможно зафиксировать лучом лазера со строго определёнными параметрами.
Возможно ли вычислять, что в этом случае информация хранится в пятимерном пространстве? Не совсем. Но в случае если разработка будет доведена до ума (и коммерческого продукта, конечно), вместительность DVD-дисков вправду увеличится в тысячи раз.
Но обо всём по порядку.
В прошлом месяце американская компания General Electric рапортовала о том, что её эксперты создали голографические диски, каковые смогут вмещать до много стандартных DVD.
В это же время уже существуют двухслойные диски Blu-ray, эквивалентные десяти DVD.
Но команда материаловедов из австралийского университета Суинбёрна (Swinburne University of Technology in Melbourne) взяла ещё более впечатляющие результаты.
Учёные нанесли на полимер (поливиниловый спирт) золотые наностерженьки. Наряду с этим все они оказались направленными в различные стороны.
Слева продемонстрирована совокупность считывания изображение с диска. Сам диск складывается из трёх слоёв полимера, в который внедрили золотые наностержни.
Между несущими данные слоями находится прозрачное реагирующее на давление связующее вещество (толщиной 10 микрометров). Вся конструкция находится на стеклянной подложке.Посередине: смешанное изображение, полученное посредством неполяризованного света с широким диапазоном длин волн. Справа: информация проявляется без перемешивания лишь при верно подобранных параметров считывания: длины волны ? и направления поляризация (указаны двунаправленными стрелками) (иллюстрация Nature).
Десять таких слоёв наночастиц обеспечили плотность записи 140 гигабайт на кубический сантиметр. Итого – 1,6 терабайта данных на одном DVD-диске (с возможностью повышения до 7 терабайт, в случае если удастся уменьшить расстояния между слоями).
И всё-таки австралийские изобретатели именуют новый материал не в противном случае как «пятимерный». Из-за чего?
Отметим, что уже ставшие классические DVD и CD смогут хранить эти на собственной поверхности в двух измерениях. У голографических дисков в распоряжении имеется и третья составляющая. Третьим измерением кроме этого условно можно считать многослойность создаваемых сейчас носителей (без большого повышения их толщины).
Золотые наночастицы добавили новому прототипу диска будущего ещё «два измерения»: по поляризации и цветовому спектру.
Слева схематически продемонстрировано, что лазер воздействует только на определённые наночастицы (с ориентацией и особым соотношением сторон), изменяя их форму. Справа: микрофотографии золотых наностержней, полученные посредством сканирующего электронного микроскопа (SEM). Сверху – до облучения лазером, снизу – по окончании.
Стрелками продемонстрированы наночастицы, каковые «отозвались» на действие лазера. Масштабные линейки соответствуют 100 нанометрам (иллюстрации и фото Nature).
Дело в том, что форма наночастицы (правильнее, соотношение сторон) определяет, как она будет реагировать на свет. Другими словами растопить и перевоплотить в каплю более узкий и долгий наностержень сможет, например, лишь свет зелёного цвета, а более маленький, но широкий «бочонок» поддастся светло синий излучению.
Эти трансформации формы приводят к тому, что в будущем записанный «бит» будет по-различному реагировать и на считывающее излучение.
Спектры экстинкции растворов наночастиц (раздельно для каждой группы с определённым соотношением сторон). На врезках продемонстрированы фотографии наностержней, полученные посредством просвечивающего электронного микроскопа (TEM). Соотношение сторон первых образовывает приблизительно 2, вторых – 4,2, третьих – 6,25.
Масштабные линейки соответствуют 50 нанометрам (иллюстрация и фото Nature).
Получается, что на одном и том же участке диска смогут быть записаны эти на разных длинах волн (правильнее, на различных составляющих неспециализированного массива наночастиц).
Одновременно с этим современные CD, DVD и Blu-Ray записываются лазерным лучом лишь одной длины волны.
«Пятое измерение» – это поляризация света. Тут трудится второе явление: на излучение с определённой линейной поляризацией реагируют лишь те наночастицы, каковые ориентированы параллельно направлению колебания волны (так как при таких условиях поглощается громаднейшее количество энергии).
Поляризацию возможно изменять в пределах 360 градусов, соответственно, появляется дополнительное «пространство».
«Мы можем записать данные при „нулевой“ поляризации, а после этого – посредством волн, поляризация которых находится под прямым углом к первой. Наряду с этим волны (как и эти) не будут интерферировать, другими словами не смогут смешиваться между собой», — говорит в пресс-релизе университета один из авторов работы Джеймс Чон (James Chon).
Изображения, записанные посредством трёх разных направлений поляризации (таковой подход кроме этого разрешит расширить вместимость одного диска до 7 терабайт). Протяженность волны одна – 840 нанометров.
Сторона «рисунка» образовывает 100 микрометров либо 75 пикселей (фото Nature).
Все эти методы записи (по различным параметрам) употреблялись ранее, но неизменно по отдельности. А австралийским учёным в первый раз удалось собрать их все воедино на одном носителе.
«Мы установили, что количество записанной информации возможно расширить многократно, не увеличивая физические размеры диска», — додаёт Минь Гу (Min Gu), ведущий директор и исследователь Центра микрофотоники (Centre for Micro-Photonics).
Всего три длины волны (цвета) и два направления поляризации, на одном и том же участке диска возможно поместить 18 различных изображений. Все картинки расположились в три слоя (расстояние между ними соответствует толщине связующего вещества).
Но при всех очевидных преимуществах способа имеется и неприятности, каковые учёным ещё предстоит решить.
К примеру, низкая скорость считывания и записи данных (неспециализированная трудность всех высокоплотных массивов информации).
В собственной статье, опубликованной пару дней назад в издании Nature, авторы утверждают, что на данной разработке в полной мере вероятно достигнуть скорости в один гигабит в секунду. Возможно достигнуть, но окажется ли?
Для чтения информации учёные применяли высокоинтенсивный, но наряду с этим низкоэнергетический фемтосекундный лазер, что не может расплавить наностержни. Сканирование таким лучом разрешает вычислять необходимую информацию, не задев наряду с этим уже записанную. Помимо этого, для многослойных дисков крайне важно преодолеть помехи, каковые смогут создавать внешние слои при чтении внутренних.
Но фемтосекундный лазер достаточно дорогой и громоздкий, его будет весьма сложно внедрить в коммерческий привод. «В ответ данной неприятности мы надеемся на отечественных сотрудников физиков», — комментирует Чон.
Австралийские материаловеды кроме этого отмечают, что до тех пор пока данные на диски возможно будет лишь записать – стереть либо перезаписать её нереально. Что, действительно, не отменяет возможности применения новых дисков в больших архивах (медицинских, банковских и других). К тому же полученная информация будет храниться продолжительно (какое количество как раз, пока не уточняется).
Растровое изображение одного из образцов данных, полученное посредством лазера с длиной волны 840 нанометров и вертикальной поляризацией (такие же параметры употреблялись при записи). На врезке: очень сильно увеличенная фотография участка со стороной 7 микрометров.
Справа продемонстрированы изображения, полученные на вторых длинах волн (двунаправленными стрелками кроме этого отмечены направления поляризации). Видно, что, не зная нужных параметров, нереально вернуть начальную картину. Это указывает, что новинку возможно применять для зашифровки информации.
Масштабные линейки – 20 микрометров (иллюстрация Nature).
Кроме этого до тех пор пока ничего не известно о времени доступа к записанной цене и информации будущих дисков (хоть золото в них и в микроскопических количествах, но однако это драгоценный металл).
Главными соперниками «золотых» носителей сейчас являются другие высокоплотные разработки. Это и усовершенствованные голографические диски (последний прототип от InPhase Technologies способен хранить 43,5 гигабайта в кубическом сантиметре), и чипы флэш-памяти, и магнитные накопительные устройства.
Но не обращая внимания на все вероятные трудности по внедрению разработки в массовое производство, австралийцы уже подписали соглашение с корейской Samsung, и ведут переговоры с китайской компанией Shenzhen Sunland Technology о возможности создания патента на перспективную разработку.
Станет ли разработка столь же распространённой как DVD и CD? Вероятно. В случае если к тому времени её не догонят и перегонят по вместимости другие новички, к примеру такие как диски биологические.
