Forskere udvikler nanopartikelfilm til datalagring med høj tæthed

Efterhånden som vi genererer mere og mere data, Behovet for datalagring med høj tæthed, som forbliver stabil over tid, er ved at blive kritisk. Nye nanopartikel-baserede film, der er mere end 80 gange tyndere end et menneskehår, kan være med til at udfylde dette behov ved at levere materialer, der holografisk kan arkivere mere end 1000 gange flere data end en DVD i et 10 x 10 centimeter stykke film . Den nye teknologi kunne en dag muliggøre bittesmå bærbare enheder, der fanger og gemmer 3D-billeder af objekter eller mennesker.

"I fremtiden, disse nye film kunne inkorporeres i en lille lagringschip, der registrerer 3-D farveinformation, der senere kunne ses som et 3-D hologram med realistiske detaljer, " sagde Shencheng Fu, der ledede forskere fra Northeast Normal University i Kina, der udviklede de nye film. "Fordi lagringsmediet er miljøstabilt, enheden kunne bruges udenfor eller endda bringes ind i de barske strålingsforhold i det ydre rum."

I journalen Optiske materialer Express , forskerne detaljerer deres fremstilling af de nye film og demonstrerer teknologiens evne til at blive brugt til et miljøstabilt holografisk lagringssystem. Filmene rummer ikke kun store mængder data, men at data også kan hentes med hastigheder op til 1 GB pr. hvilket er omkring tyve gange læsehastigheden af ​​nutidens flashhukommelse.

Lagring af flere data på mindre plads

De nye film er designet til holografisk datalagring, en teknik, der bruger lasere til at skabe og læse en 3-D holografisk genskabelse af data i et materiale. Fordi den kan optage og læse millioner af bits på én gang, holografisk datalagring er meget hurtigere end optiske og magnetiske tilgange, der typisk bruges til datalagring i dag, som optager og læser individuelle bits én ad gangen. Holografiske tilgange er også i sagens natur høj-densitet, fordi de registrerer information i hele 3-D volumen af ​​materialet, ikke kun på overfladen, og kan optage flere billeder i det samme område ved hjælp af lys i forskellige vinkler eller bestående af forskellige farver.

For nylig, forskere har eksperimenteret med at bruge metal-halvleder nanokompositter som et medium til lagring af nanoskala hologrammer med høj rumlig opløsning. Porøse film lavet af halvlederen titanoxid og sølv nanopartikler er lovende til denne anvendelse, fordi de ændrer farve, når de udsættes for forskellige bølgelængder, eller farver, af laserlys, og fordi et sæt 3D-billeder kan optages ved laserstrålens fokusområde ved hjælp af et enkelt trin. Selvom filmene kunne bruges til multibølgelængde holografisk datalagring, eksponering for UV-lys har vist sig at slette dataene, gør filmene ustabile til langtidslagring af information.

Optagelse af et holografisk billede i titanium-sølvfilm involverer brug af en laser til at omdanne sølvpartiklerne til sølvkationer, som har en positiv ladning på grund af ekstra elektroner. "Vi bemærkede, at UV-lys kunne slette dataene, fordi det fik elektroner til at overføre fra halvlederfilmen til metalnanopartiklerne, inducerer den samme fototransformation som laseren, " sagde Fu. "Introduktion af elektronaccepterende molekyler i systemet får nogle af elektronerne til at strømme fra halvlederen til disse molekyler, svækkelse af UV-lysets evne til at slette dataene og skabe et miljømæssigt stabilt datalagringsmedium med høj tæthed."

Ændring af elektronstrømmen

Til de nye film, forskerne brugte elektronaccepterende molekyler, der kun målte 1 til 2 nanometer til at forstyrre elektronstrømmen fra halvlederen til metalnanopartiklerne. De fremstillede halvlederfilm med en honeycomb nanopore struktur, der tillod nanopartiklerne, elektron-accepterende molekyler og halvlederen til alle grænseflader med hinanden. Den ultralille størrelse af de elektronaccepterende molekyler tillod dem at fæstne sig inde i porerne uden at påvirke porestrukturen. De endelige film var kun 620 nanometer tykke.

Forskerne testede deres nye film og fandt ud af, at hologrammer kan skrives ind i dem effektivt og med høj stabilitet, selv ved tilstedeværelse af UV-lys. Forskerne viste også, at ved at bruge elektronacceptorerne til at ændre elektronstrømmen dannede flere elektronoverførselsveje, at få materialet til at reagere hurtigere på laserlyset og i høj grad accelerere dataskrivningshastigheden.

"Partikler fremstillet af ædle metaller såsom sølv ses typisk som et medium med langsom respons til optisk lagring, " sagde Fu. "Vi viser, at brugen af ​​en ny elektrontransportstrøm forbedrer partiklernes optiske responshastighed, samtidig med at partiklernes andre fordele til informationslagring bevares."

Forskerne planlægger at teste miljøstabiliteten af ​​de nye film ved at udføre udendørs tests. De påpeger også, at anvendelse af filmene i det virkelige liv vil kræve udvikling af højeffektive 3-D billedrekonstruktionsteknikker og metoder til farvepræsentation til visning eller læsning af de lagrede data.