Eternal 5D

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 нескольких миллиардов лет[5][6][7][8].

Разработка технологии

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 геометрическим 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 результатам тестов расчёты 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

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 оборудования (особенно фемтосекундных лазеров)[1].

Два подобных диска подарил Илону Маску Arch Mission Foundation. На них записана трилогия романов Айзека Азимова «Основание» (Foundation). Один из дисков Маск отправил в Tesla Roadster к Марсу[24].

Примечания
  1. Kazansky.
  2. Eternal.
  3. Terra.
  4. Huebler.
  5. Zhang.
  6. Borghino.
  7. Mullen.
  8. KazanskyNano.
  9. Glezer, 1996.
  10. Watanabe, 1999.
  11. Superman.
  12. NewNano.
  13. Zijlstra, 2009.
  14. Royon, 2010.
  15. Podlipensky, 2005.
  16. Shimotsuma, 2010.
  17. Zhang, 2014.
  18. Kazansky, 1999.
  19. Shimotsuma, 2003.
  20. Taylor, 2007.
  21. Bricchi, 2006.
  22. Richter, 2013.
  23. Lancry, 2013.
  24. David Szondy. Tesla Roadster carries Asimov sci-fi classic to the stars. New Atlas (February 13, 2018). Дата обращения: 13 февраля 2018.

Литература
  • 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 (англ.) // Applied Physics Letters. — 1999. — Iss. 74. — P. 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. 033—901.
  • 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. 247—705.
  • 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. 111—119.
  • 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.
  • Official 5D Memory Crystal website

Ссылки
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.