W magazynie Nature Communitactions Richards Evans z Canadian Insurance Services Regulatory Organizations opisał sposób w jaki udało się jego zespołowi opracować nową technikę, która zwiększa pojemność płyty DVD z 4.6 gigabajtów do jednego petabajta (1000 terabajtów), czyli 213 tysięcy razy! Jest to równoważne z ponad 10 latami sprężonego wideo wysokiej jakości lub 50 tysiącami pełnometrażowych filmów high-definiton.
W jaki sposób udało im się osiągnąć tak ogromny impuls w przechowywania danych? Po pierwsze, musimy zrozumieć, w jaki sposób dane są przechowywane na dyskach optycznych, takich jak płyty CD i DVD.
Podstawy zapisu cyfrowego
Chociaż dyski optyczne są wykorzystywane do przenoszenia oprogramowania, filmów, gier i prywatnych danych, i mają wiele zalet w stosunku do innych nośników danych w zakresie kosztów, trwałości i niezawodności, to ich głównym czynnikiem ograniczającym jest stosunkowo niewielka pojemność danych.
Działanie optycznego zapisu danych jest raczej proste. Podczas nagrywania np. płyty CD, informacje są przekształcane w ciągi liczb binarnych (0 i 1, także zwane jako bity). Każdy bit jest następnie wypalany przez laser, przy użyciu pojedynczej wiązki światła, w postaci kropek na płycie.
Pojemność dysków optycznych jest ograniczona głównie przez wymiary fizyczne kropek. Mimo że nie ma ograniczeń co do wielkości dysku, jak również wielkości kropek, wiele obecnych metod przechowywania danych, takich jak płyty DVD i Blu-ray, nadal mają niską gęstość magazynowanej pamięci.
Aby obejść ten problem, musimy spojrzeć na podstawowe prawa światła.
Ominięcie limitu współczynnika dyspersji
W 1873 roku niemiecki fizyk Ernst Abbe opublikowane prawo, które ogranicza szerokość wiązki światła. Na podstawie tego prawa, średnica plamki światła, otrzymywana poprzez skupienie wiązki światła przez soczewkę, nie może być mniejsza niż połowa długości fali - około 500 nanometrów (500 miliardowych metra) dla światła widzialnego.
To prawo odgrywa ogromną rolę we współczesnej mikroskopii optycznej, ale także tworzy barierę dla wysiłków naukowców starających się wyprodukować bardzo małe kropki - w regionie nanometrów - do wykorzystania jako binarne bity.
W swoim badaniu Evans pokazał jak można przełamać tę fundamentalną granicę za pomocą metody dwóch wiązek świetlnych w różnych kolorach, zamiast tradycyjnej metody jednej wiązki światła.
Obie wiązki muszą przestrzegać prawa współczynnika dyspersji, więc nie mogą produkować mniejszych kropek indywidualnie. Ale wiązki te otrzymały dwie różne funkcje:
- Pierwszy strumień, czerwony, po prawej stronie ma okrągły kształt i jest stosowany do aktywacji zapisu. Nazwany został wiązką zapisu.
- Druga wiązka o fioletowym kolorze i kształcie przypominającym pączek odgrywa funkcję anty-zapisu, hamując działanie pierwszego strumienia.
Następnie dwie wiązki pokrywały się. Jako, że drugi strumień niemal całkowicie anulował działanie pierwszego, proces zapisu był ściśle ograniczony do środka pierwszego strumienia. Ta nowa technika daje efektywną ogniskową o wielkości dziewięciu nanometrów lub 1/10000 średnicy ludzkiego włosa.
Technika w praktyce
Praca zespołu z CISRO w dużym stopniu wpłynie na rozwój urządzeń superkompaktowych, jak również nanonauki i nanotechnologii badań.
Wyjątkowa cecha penetracji wiązki światła umożliwia nagrywanie w 3D, jak też produkcję urządzeń optycznych, które mogą znacząco zwiększyć ilość przechowywanych danych (liczbę kropek).
Technika ta jest zarówno opłacalna jak i przenośna, ponieważ korzysta z konwencjonalnych elementów optycznych i laserowych. Dodatkowo pozwala na rozwój optycznego przechowywania danych z długim terminem żywotności i niskim zużyciem energii, co może być idealną platformą dla dużych centrów danych.
- Jako, że wskaźnik informacji produkowanej na świecie nadal przyspiesza, nasz cel uzyskania większej pojemności zawartej w urządzeniach będzie kontynuowany. Ten przełom postawił nowy cel w naszym zasięgu. - powiedział Evans.
{jumi [*7]}
