Бихромофорный полимер возбуждает терабайтом на диске

Фантастическую плотность записи двоичной информации, да ещё с использованием для хранения данных почти всей толщины оптического диска, можно получить, если заставить работать в качестве питов (физических "отпечатков" единиц и нулей) группы молекул. Главное было придумать способ, как заставить их меняться в ту или иную сторону. И его действительно придумали.

Столь необычную систему записи информации разработал, как ни странно, химик — профессор Кевин Белфилд (Kevin D. Belfield) — и его команда (Belfield Research Group) из университета Центральной Флориды (University of Central Florida).

 

 

В основу "Двухфотонного трёхмерного оптического устройства хранения данных" (Two-photon 3D optical data storage) или, проще, "Системы высокоплотной оптической записи" (High-density optical data storage), Белфилд положил принцип двухфотонного возбуждения. Говоря упрощённо, это когда некая светочувствительная молекула откликается флуоресценцией, поглотив сразу два фотона меньшей энергии, так, как если бы она поглотила один фотон большей энергии.

Используя сочетание двух лазеров с разными длинами волны, можно добиться того, что на диск будет спроецировано очень чёткое изображение, с разрешением куда более высоким, чем возможно получить при одном лазере. Внутри этого изображения будут свои тёмные и светлые участки — будущие биты.

При этом настройкой лазеров можно добиться того, что по паре фотонов получат всего несколько молекул в толще прозрачного материала, расположенных точно в той точке, где мы хотим записать очередную двоичную единичку. Обратите внимание: целеуказание можно менять не только в плоскости диска, но и по его глубине, причём разницу между соседними слоями записи можно сделать очень маленькой, а число слоёв — большим (в опытах Белфилда это были 1 микрон и 33 штуки, соответственно).

Пример, как пишут авторы работы, "высоколокализованного двухфотонного возбуждения". Правда, здесь в качестве флуоресцирующего вещества применён не твёрдый полимер, а колба с некой жидкостью (фото с сайта belfield.cos.ucf.edu).

Но что дальше? Как сохранить информацию?

Для этого авторы придумали бихромофорный состав из молекул некой производной флуорена и представителя класса диарилэтенов, которые реагируют на облучение той или иной частоты изменением своей формы.

Последнее вещество имеет два устойчивых изомера, так называемые открытый и закрытый типы. Вот вам и двоичные "ноль" с "единицей" на молекулярном уровне. При записи флуорен воспринимает фотоны и, словно гонец, передаёт полученную энергию диарилэтену, чтобы тот записал "единичку".

Но главное, что требовалось придумать, — не как записывать информацию лазерами, а как ими же и считывать данные, причём чтобы они не стирались. Оказалось, что это легко сделать при помощи флуоресценции данного состава в ответ на облучение с определённой частотой.

Опыты показали, что надёжность считывания записи с такого диска остаётся безупречной даже после 10 тысяч циклов чтения, хотя всё же контраст по яркости отклика между "единичками" и "нулями" немного снижается.

Упрощённая схема новой системы. Красным цветом показан лазер. Качающееся зеркало управляет изменением координат X и Y, а линза — фокусировкой лазерных лучей по глубине диска. Справа: запись происходит благодаря изменению состояния полимера при получении энергии от светочувствительного вещества. Внизу: благодаря настройке лазеров можно вести запись (а потом — чтение) в очень большом числе слоёв (иллюстрация с сайта belfield.cos.ucf.edu).

Работа Белфилда сотоварищи опубликована в журнале Advanced Materials.

Пока авторы проекта экспериментируют с небольшими объёмами данных. Они проверяют сам принцип такой фотохимической записи. Однако, по их расчётам, в будущем один оптический диск, размером с DVD, сможет вместить терабайт данных — это объём какой-нибудь крупной научной или исторической библиотеки.

Тут нужно вспомнить, что терабайтную ёмкость для оптических дисков нам уже показывали, например, в виде оригинальной системы голографической цифровой записи, а также в виде диска с несимметричными питами. Теперь появилась альтернативная технология, замахнувшаяся на такой же внушительный показатель.

Восстановленная в компьютере трёхмерная картина распределения двух форм изомеров диарилэтена аж в 33 слоях записи. Шкалы координат размечены в микрометрах (иллюстрация с сайта belfield.cos.ucf.edu).

В настоящее время авторы замысловатого Two-Photon 3D Optical Data Storage заняты дальнейшим развитием своей технологии в сторону снижения необходимого уровня мощности лазеров (читай — сложности устройства и его цены), на что они получили недавно $270 тысяч от Национального научного фонда США (NSF). Патент же на новую систему хранения данных ещё находится на рассмотрении.

Сколько времени пройдёт прежде, чем эта технология станет общеупотребительной, неизвестно. Но зато любопытно, что новый метод записи вполне допускает создание не только оптических дисков, но и, скажем, маленьких прозрачных кубиков, биты в которых будут записываться в виде трёхмерной молекулярной решётки практически во всей толще полимера.

Вам это ничего не напоминает? Помнится, в паре-тройке фантастических фильмов да пяти-шести книгах уже фигурировали "записывающие кристаллы".

Статья о науки и техники получена: Membrana.ru