Pesquisadores desenvolveram um método de gravação a laser rápido e eficiente em termos de energia para a produção de nanoestruturas de alta densidade em vidro de sílica. Essas estruturas minúsculas podem ser usadas para armazenamento de dados ópticos em cinco dimensões (5D) de longo prazo, que é mais de 10.000 vezes mais denso do que a tecnologia de armazenamento em disco óptico Blue-Ray.
“Indivíduos e organizações estão gerando conjuntos de dados cada vez maiores, criando a necessidade desesperada de formas mais eficientes de armazenamento de dados com alta capacidade, baixo consumo de energia e longa vida útil”, disse o pesquisador de doutorado Yuhao Lei da Universidade de Southampton, no Reino Unido. “Embora os sistemas baseados em nuvem sejam projetados mais para dados temporários, acreditamos que o armazenamento de dados 5D em vidro pode ser útil para armazenamento de dados de longo prazo para arquivos nacionais, museus, bibliotecas ou organizações privadas.”
Na Optica, revista do Optica Publishing Group, Lei e colegas descrevem seu novo método para escrever dados que abrange duas dimensões ópticas mais três dimensões espaciais. A nova abordagem pode gravar a velocidades de 1.000.000 de voxels por segundo, o que equivale a gravar cerca de 230 kilobytes de dados (mais de 100 páginas de texto) por segundo.
“O mecanismo físico que usamos é genérico”, disse Lei. “Assim, prevemos que este método de escrita com eficiência energética também possa ser usado para nanoestruturação rápida em materiais transparentes para aplicações em óptica integrada 3D e microfluídica.”
Escrita a laser mais rápida e melhor
Embora o armazenamento óptico de dados 5D em materiais transparentes tenha sido demonstrado antes, a gravação de dados com rapidez e densidade alta o suficiente para aplicações do mundo real tem se mostrado um desafio. Para superar esse obstáculo, os pesquisadores usaram um laser de femtossegundo com uma alta taxa de repetição para criar minúsculos poços contendo uma única estrutura semelhante à nanolamela medindo apenas 500 por 50 nanômetros cada.
Em vez de usar o laser de femtossegundo para escrever diretamente no vidro, os pesquisadores aproveitaram a luz para produzir um fenômeno óptico conhecido como aumento de campo próximo, no qual uma estrutura semelhante à nanolamela é criada por alguns pulsos de luz fracos, a partir de um nanovóide isotrópico gerado por uma microexplosão de pulso único. Usar o aprimoramento de campo próximo para fazer as nanoestruturas minimizou o dano térmico que tem sido problemático para outras abordagens que usam lasers de alta taxa de repetição.
Como as nanoestruturas são anisotrópicas, elas produzem birrefringência que pode ser caracterizada pela orientação do eixo lento da luz (4ª dimensão, correspondendo à orientação da estrutura tipo nanolamela) e resistência de retardância (5ª dimensão, definida pelo tamanho da nanoestrutura). À medida que os dados são gravados no vidro, a orientação do eixo lento e a força de retardância podem ser controladas pela polarização e intensidade da luz, respectivamente.
“Esta nova abordagem melhora a velocidade de gravação de dados a um nível prático, de modo que podemos gravar dezenas de gigabytes de dados em um tempo razoável”, disse Lei. “As nanoestruturas de precisão altamente localizadas permitem uma maior capacidade de dados porque mais voxels podem ser gravados em uma unidade de volume. Além disso, o uso de luz pulsada reduz a energia necessária para a gravação.”
Gravando dados em um CD de vidro
Os pesquisadores usaram seu novo método para gravar 5 gigabytes de dados de texto em um disco de vidro de sílica do tamanho de um disco compacto convencional com quase 100% de precisão de leitura. Cada voxel continha quatro bits de informação e a cada dois voxels correspondia a um caractere de texto. Com a densidade de gravação disponível a partir do método, o disco seria capaz de armazenar 500 terabytes de dados. Com atualizações no sistema que permitem a gravação paralela, os pesquisadores afirmam que deve ser viável gravar essa quantidade de dados em cerca de 60 dias.
“Com o sistema atual, temos a capacidade de preservar terabytes de dados, que poderiam ser usados, por exemplo, para preservar informações do DNA de uma pessoa”, disse Peter G. Kazansky, líder da equipe de pesquisadores.
Os pesquisadores agora estão trabalhando para aumentar a velocidade de escrita de seu método e para tornar a tecnologia utilizável fora do laboratório. Métodos mais rápidos para ler os dados também terão que ser desenvolvidos para aplicações práticas de armazenamento de dados.
Publicado em 31/10/2021 09h40
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