Sub-diffraktion optisk skrivning muliggør datalagring på nanoskala

Den samlede mængde data genereret på verdensplan forventes at nå op på 175 zettabyte (1 ZB er lig med 1 milliard terabyte) i 2025. Hvis 175 ZB blev lagret på Blu-ray-diske, stakken ville være 23 gange afstanden til månen. Der er et presserende behov for at udvikle lagringsteknologier, der kan rumme denne enorme mængde data.

Kravet om at lagre stadigt stigende mængder af information har resulteret i den udbredte implementering af datacentre til Big Data. Disse centre forbruger enorme mængder energi (ca. 3 % af den globale elforsyning) og er afhængige af magnetiseringsbaserede harddiske med begrænset lagerkapacitet (op til 2 TB pr. disk) og levetid (tre til fem år). Laseraktiveret optisk datalagring er et lovende og omkostningseffektivt alternativ til at imødekomme denne hidtil usete efterspørgsel. Imidlertid, lysets diffraktive natur har begrænset størrelsen, som bits kan skaleres til, og som et resultat, lagerkapaciteten af ​​optiske diske.

Forskere ved USST, RMIT og NUS har nu overvundet denne begrænsning ved at bruge jordrige lanthanid-doterede opkonverteringsnanopartikler og grafenoxidflager. Denne unikke materialeplatform muliggør laveffekt optisk skrivning af informationsbits i nanoskala.

En meget forbedret datatæthed kan opnås for en anslået lagerkapacitet på 700 TB på en 12 cm optisk disk, sammenlignes med en lagerkapacitet på 28, 000 Blu-ray diske. Desuden, teknologien bruger billige kontinuerlige bølgelasere, reduktion af driftsomkostninger sammenlignet med traditionelle optiske skriveteknikker ved brug af dyre og omfangsrige pulserende lasere.

Denne teknologi tilbyder også potentialet for optisk litografi af nanostrukturer i kulstofbaserede chips under udvikling til næste generations nanofotoniske enheder.

Sammenstødet

Optisk datalagring har udviklet sig bemærkelsesværdigt i de seneste årtier, men den optiske disklagerkapacitet er stadig begrænset til nogle få terabyte.

Den nye sub-diffraktion optiske skriveteknologi kan producere en optisk disk med den største lagerkapacitet af alle tilgængelige optiske enheder. Mens der er behov for fremskridt for at optimere teknologien, resultaterne åbner nye veje til at løse den globale udfordring med datalagring. Teknologien er velegnet til masseproduktion af optiske diske og kan tilbyde en billigere og mere bæredygtig løsning til næste generation af højkapacitets optisk datalagring og den energieffektive nanofabrikation af fleksibel grafenbaseret elektronik.

Hvordan det virker

Teknologien bruger et nyt nanokompositmateriale, der kombinerer grafenoxidflager med opkonverterende nanopartikler.

Grafenoxid kan ses som et enkelt lag grafit med forskellige iltgrupper. Reduktion af grafenoxid ved at fjerne disse oxygengrupper producerer et materiale kaldet reduceret grafenoxid, som har lignende egenskaber som grafen.

Sub-diffraktionsinformationsbits er blevet skrevet i nanokompositten ved hjælp af opkonverteringsnanopartikler for at reducere grafenoxid lokalt efter konstrueret belysning. Reduktionen af ​​grafenoxid blev induceret af højenergikvanter genereret i de exciterede opkonverteringsnanopartikler gennem en proces med resonansenergioverførsel.

Forskerne valgte upconversion nanopartikler, fordi de muliggør effektiv sub-diffraktion optisk skrivning ved hjælp af lav laserstråleintensitet, hvilket resulterer i lavt energiforbrug og lang levetid for optiske enheder.