Террабайт на одном диске
Достижения в области нанотехнологий - нанотехнологии в электронике

С помощью нанотехнологий австралийским ученым удалось на одном и том же участке диска разместить пять непересекающихся "измерений" данных, каждое из которых можно зафиксировать лучом лазера со строго определёнными параметрами.

Учёные нанесли на полимер (поливиниловый спирт) золотые наностерженьки. При этом все они получились направленными в разные стороны.

 
Слева показана система считывания изображение с диска. Сам диск состоит из трёх слоёв полимера, в который внедрили золотые наностержни. Между несущими информацию слоями находится прозрачное реагирующее на давление связующее вещество (толщиной 10 микрометров). Вся конструкция располагается на стеклянной подложке.

Посередине: смешанное изображение, полученное с помощью неполяризованного света с широким диапазоном длин волн.

Справа: информация проявляется без перемешивания только в случае правильно подобранных параметров считывания: длины волны λ 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 увеличения до 7 терабайт, если удастся уменьшить расстояния между слоями).

Золотые наночастицы добавили новому прототипу диска будущего ещё "два измерения": по цветовому спектру и поляризации.


Слева схематически показано, что лазер воздействует лишь на определённые наночастицы (с особым соотношением сторон и ориентацией), изменяя их форму.

Справа: микрофотографии золотых наностержней, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа (
SEM). Сверху – до облучения лазером, снизу – после. Стрелками показаны наночастицы, которые "откликнулись" на воздействие лазера. Масштабные линейки соответствуют 100 нанометрам (иллюстрации и фото Nature).

 

Дело в том, что форма наночастицы (точнее, соотношение сторон) определяет, как она будет реагировать на свет. То есть растопить и превратить в каплю более тонкий и длинный наностержень сможет, к примеру, только свет зелёного цвета, а более короткий, но широкий "бочонок" поддастся синему излучению.

Эти изменения формы приводят к тому, что в дальнейшем записанный "бит" будет по-разному реагировать и на считывающее излучение.



Спектры экстинкции растворов наночастиц (отдельно для каждой группы с определённым соотношением сторон). На врезках показаны фотографии наностержней, полученные с помощью просвечивающего электронного микроскопа (TEM). Соотношение сторон первых составляет примерно 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 могут быть записаны данные на различных длинах волн (точнее, на разных составляющих общего массива наночастиц).

В то же время современные CD, DVD и Blu-Ray записываются лазерным лучом только одной длины волны.

"Пятое измерение" – это поляризация света. Здесь работает другое явление: на излучение с определённой линейной поляризацией реагируют только те наночастицы, которые ориентированы параллельно направлению колебания волны (так как в таком случае поглощается наибольшее количество энергии).

Поляризацию можно изменять в пределах 360 градусов, соответственно, появляется дополнительное "пространство".

 
Изображения, записанные с помощью трёх различных направлений поляризации (такой подход также позволит увеличить вместимость одного диска до 7 терабайт). Длина волны одна – 840 нанометров. Сторона "рисунка" составляет 100 микрометров или 75 пикселей (фото Nature).

 

Все эти способы записи (по разным параметрам) использовались ранее, но всегда по отдельности. А австралийским учёным впервые удалось собрать их все воедино на одном носителе.

 

Однако при всех очевидных достоинствах метода есть и проблемы, которые учёным ещё предстоит решить.

Например, низкая скорость записи и считывания данных (общая трудность всех высокоплотных массивов информации).

Австралийские материаловеды также отмечают, что пока информацию на диски можно будет только записать – стереть или перезаписать её невозможно. Что, правда, не отменяет возможности использования новых дисков в крупных архивах (медицинских, банковских и других). К тому же полученная информация будет храниться долго (сколько именно, пока не уточняется).

 

Также пока ничего не известно о времени доступа к записанной информации и цене будущих дисков (хоть золото в них и в микроскопических количествах, но всё же это драгоценный металл).

Но несмотря на все возможные трудности по внедрению технологии в массовое производство, австралийцы уже подписали соглашение с корейской Samsung, а также ведут переговоры с китайской компанией Shenzhen Sunland Technology о возможности создания патента на перспективную разработку.

Источник