Usando a Nanotecnologia Para Aumentar a Capacidade de Dados
Professor Gu e Xiangping Mínimos Li, Centro para Micro-Photonics, Faculdade da Engenharia e Ciências Industriais, Universidade Tecnológica de Swinburne, Austrália
O armazenamento de Informação é um aspecto tão importante que tem aberto caminho a revelação da tecnologia da informação. Como um dos subconjuntos os mais prometedores, o armazenamento de dados óptico conduziu a uma série de avanços revolucionários nesta área. Uma das tarefas desafiantes é encontrar o crescimento rápido na procura para a capacidade de armazenamento. Pouco a pouco o armazenamento de dados óptico tal como compacts disc (CDs), os discos de vídeo digital (DVDs) e os discos de Blu-ray (Azul-Raias) emergem como a densidade de memória alta, resistência alta aos sistemas eletromagnéticos intensos da radiação, os compactos e os portáteis. Cada tecnologia vem com expansão nova da capacidade de armazenamento mas igualmente com sua própria limitação.
Os media de armazenamento de dados ópticos Actuais, tais como os Cd, DVDs e Azul-Raias armazenam dados como uma série de marcas reflexivas introduzidas por um raio laser focalizado em uma superfície interna de um disco. Em todos estes casos, os dados são armazenados dentro (de uma 2D) camada bidimensional, onde a informação ocupe menos de 0,01% do volume de um disco1. Limitado pela interacção do comprimento de onda da gravação e pela abertura numérica da lente recoding, a capacidade máxima é aproximadamente 700 Megabytes (MB) para um CD, 4,5 Gigas byte (GB) para um DVD e 25 GB para um disco de Blu-ray. É possível para discos guardarar dois ou mesmo mais destas camadas de dados para expandir a capacidade, mas o número de camadas é limitado severamente pela eficiência de entregar o laser de endereçamento em um volume grosso.
Uma técnica revolucionária da excitação do dois-fotão (2P) por um femtosegundo (fs) pulsou raio laser de uma duração do pulso de 100 que o fs (1 s = 1015 fs) foi introduzido que ilumina acima os dispositivos de memória (3D) tridimensionais ou a tecnologia 3DCD às vezes chamada. A beleza da técnica 2P é que permite um tamanho de ponto focalizado limitado melhor e uma eficiência muito mais alta da profundidade de penetração, que significam uma densidade mais alta do armazenamento em cada camada assim como um número maior de informação mergulha um disco pode guardarar.
o armazenamento de dados 3D óptico é o termo dado a todo o formulário do armazenamento de dados óptico em que a informação puder ser gravada e/ou lido com definição tridimensional.
Em 1998, o dispositivo óptico do armazenamento de dados do primeiro bit 3D rewritable do mundo conseguido em nosso grupo demonstrou uma capacidade de 44 Gbits/cm3 adotando a excitação 2P, equivalente a 5 vezes a capacidade actual de DVD2,3. Mais Tarde, nosso grupo descobriu que um mecanismo físico novo da fluorescência 2P aumentada excitação de cristais líquidos e de uma capacidade de armazenamento 3D até 450 Gigabits/cm3 estêve demonstrado em 20044. Este resultado é equivalente a 50 vezes a capacidade actual de DVD e estava a uma densidade a mais alta do armazenamento de dados 3D do mundo até 2008.
A capacidade de dados do disco 3DCD do tamanho de um DVD é prevista pelos Terabyte teóricos da limitação aproximadamente/disco5. Para quebrar o limite do armazenamento de dados da tecnologia 3DCD, nosso grupo desenvolveu a ideia de quebra à terra chamada da "codificação polarização e a codificação espectral", que é chamada armazenamento de dados óptico multi-dimensional. O conceito é gravar multi-estados de informação na mesma região espacial do x-y-z de um media da gravação.
Facilitado pelos avanços recentes da nanotecnologia, devido à elegância de uma grande sensibilidade 2P e de umas propriedades selectivas da excitação do sentido afiado dos nanoparticles6, a informação pode ser multiplexada em dimensões físicas adicionais de um feixe de gravação tais como espectros ou polarização e ser endereçada individualmente, como ilustrado no Figo. 1. Além, os nanoparticles facilitam a técnica multi-dimensional da codificação com sensibilidade melhorada e a cruz muito reduzida fala. Pode potencial aumentar a capacidade de armazenamento actual por ordens de grandeza, que não é limitada pela definição espacial do tamanho de ponto focalizado.
Em 2008, nosso grupo demonstrou dispositivos ópticos quatro-dimensionais do armazenamento de dados do mundo os primeiros em materiais de polímero dispersados as hastes do quantum que adota a técnica da codificação da polarização7. Seguindo esse princípio, nosso grupo conseguiu uma capacidade de armazenamento do recorde de um mundo de 1,6 Terabyte/disco nanorods metálicos no media dispersado aplicando a polarização e os espectros que codificam técnicas simultaneamente8.
Figura 1. Esquema do armazenamento de dados óptico multi-dimensional pelo photoreaction de nanoparticles haste-dados forma. (a) Ilustração da dependência polarização-selectiva da excitação 2P e da emissão das hastes do quantum no estado de polarização. (b) Dependência da Polarização da intensidade da fluorescência no estado de polarização da excitação (círculos vermelhos) e nos sentidos da emissão (quadrados azuis). A Informação é polarização e espectros multiplexados em multilayer dentro do media. Um gravou a camada indicada pela linha tracejada amarela é endereçado usando a fonte larga circular polarizada da faixa como ilustrado em (c). A informação multiplexada pode individualmente ser endereçada com a polarização correspondente (indicada pela seta) e o comprimento de onda, como ilustrado no (d) e no (e).
Nossa realização do salto quântico forneceu a base para que nós empreendam uma viagem de aceleração à era nova de sistemas de memória óptica multi-dimensionais de Petabyte (1 Petabyte = 1.000 bytes do trilhão)), equivalente a 10.000 vezes a capacidade actual de DVD. Este conceito óptico multidimensional do armazenamento de dados é a paradigma-SHIFT do núcleo para os dispositivos ópticos do armazenamento de dados chamados os Cd multi-dimensionais (MDCDs), que emergirão nos próximos 5-10 anos. Se bem sucedida, esta nova tecnologia despertará a revolução ascendente inferior em cada canto de nossa vida moderna tal como a educação, a operação bancária portátil, a e-segurança global e a telemedicina assim como conduzi-la-á aos benefícios econômicos enormes em Austrália.
Por exemplo, os jovens estão passando quase 20 anos que estudam nas escolas apenas devido ao processo lento da memória e à capacidade limitada de cérebro humano. Naquele momento o MDCDs está disponível, um disco 1Petabytes pode guardarar toda a informação e o conhecimento um pode aprender em 20 anos' de sistema de ensino tradicional! Ou seja um disco de Petabytes pode liberar jovens da vida da escola aborrecida e salvar os 20 anos! Se o filme é seu cuidado, a capacidade de um filme precisa de ser redefinida. 10 anos há, a capacidade de um filme de duas horas da qualidade de VCD é aproximadamente 5GB. A Corrente, um filme da qualidade de DVD é sobre 15GB e um filme a alta definição é sobre 50GB. Imagine 10 anos mais tarde, o filme será 3D displayable, onda de cérebro simulationable e humano do ambiente simulationable. Nós esperamos que a capacidade de um filme naquele momento seria um mínimo de 1000GB.
1. D. Dia, M. Gu, e A. Smallridge, "Revisão do armazenamento de dados óptico," na holografia Infravermelha para comunicações ópticas (Springer Berlim, Heidelberg, 2003), pp. 1.
2. D. Dia, M. Gu, e A. Smallridge, o "Uso da excitação do dois-fotão para o armazenamento de dados óptico do bit tridimensional apagável-rewritable em um polímero photorefractive," Opta. Lett. 24, 948 (1999).
3. D. Dia, M. Gu, e A. Smallridge, "armazenamento de dados óptico do bit 3D Rewritable em um polímero photorefractive PMMA-baseado," Adv. Mater. 13, 1005 (2001).
4. D. McPhail, e M. Gu, "Uso da sensibilidade da polarização para o armazenamento de dados óptico tridimensional no polímero dispersaram cristais líquidos sob a iluminação do dois-fotão," Appl. Phys. Lett. 81, 1160 (2002).
5. D. Dia, e M. Gu, "Efeitos da má combinação do R.I. na densidade óptica tridimensional do armazenamento de dados em um polímero do descoramento do dois-fotão," Appl. Optar. 37, 6299 (1998).
6. X. Li, J. Van Embden, J.W.M. Chon, e M. Gu, "Aumentou a absorção do dois-fotão das hastes nanocrystal dos Cd," Appl. Phys. Lett. 94, 103117 (2009).
7. X. Li, J.W.M. Chon, R.A. Evans, e M. Gu, "Quantum-Haste dispersaram photopolymers para aplicações fotónicas multi-dimensionais," Optam. Expresse 17, 2954 (2009).
8. P. Zijlstra, J.W.M. Chon, e M. Gu, "gravação óptica Cinco-Dimensional negociada pelos plasmons de superfície em nanorods do ouro," Natureza 459, 410 (2009).