По мере того, как мы генерируем все больше и больше информации, потребность в хранении данных с высокой плотностью, которые не теряются с течением времени, становится критичной. Новые пленки на основе наночастиц, которые более чем в 80 раз тоньше человеческого волоса, могут помочь удовлетворить эту потребность, предоставив материалы, которые позволяют при помощи голографической записи хранить более чем в 1000 раз больше данных, чем вмещается на DVD-диск. Новая технология может в один прекрасный день создать крошечные носимые устройства, которые записывают и хранят трехмерные изображения объектов или людей.
«В будущем эти новые пленки можно было бы включать в крошечные чипы памяти, которые записывают трехмерную цветовую информацию, которая впоследствии может рассматриваться как трехмерная голограмма с реалистичными деталями», — сказал Шенченг Фу, который возглавлял исследователей из Северо-Восточного педагогического университета в Китае, разработавших новые пленки. «Поскольку носитель информации является экологически устойчивым, устройство может использоваться без защитного кожуха, и даже в суровых радиационных условиях космического пространства».
В журнале Optical Materials Express исследователи подробно описывают процесс изготовления новых пленок и демонстрируют возможность использования технологии для создания экологически устойчивой голографической системы хранения. Пленки не только вмещают большие объемы данных, но и также обеспечивают скорость работы с данными до 1 ГБ в секунду, что примерно в двадцать раз превышает скорость чтения сегодняшней флэш-памяти (автор, скорее всего, имеет ввиду SD-карты, так как флэш-память в SSD может быть и в несколько раз быстрее — прим. перев.).
Хранение большего количества данных в меньшем пространстве
Новые пленки предназначены для хранения голографических данных, а сама технология использует лазеры для создания и чтения трехмерных данных в новом материале. Поскольку на него можно записывать и читать миллионы бит одновременно, работа с голографическими данными происходит намного быстрее, чем с оптическими и магнитными дисками, обычно используемыми сегодня для хранения данных, которые записывают и считывают биты по одному. Голографический подход к хранению данных также характеризуется высокой плотностью записи, потому что она происходит во всем объеме материала, а не только на поверхность, и можно записывать несколько изображений в одной области с использованием света, падающего под разными углами или состоящего из разных цветов.
Недавно исследователи экспериментировали с использованием металл-полупроводниковых нанокомпозитов в качестве среды для хранения наноразмерных голограмм с высоким пространственным разрешением. Пористые пленки, изготовленные из полупроводниковых диоксидов титана и серебра, являются перспективными для этого применения, поскольку они меняют цвет при воздействии на них света с различными длинами волн или лазерного излучения. Поэтому набор трехмерных изображений можно записать в области фокусировки лазерного луча всего за один шаг. Несмотря на то, что пленки могут использоваться для хранения многоволновых голографических данных, было показано, что воздействие ультрафиолетового излучения приводит к стиранию данных, что делает пленки неустойчивыми для долговременного хранения информации.
Запись голографического изображения на пленки из титана-серебра включает использование лазера для превращения частиц серебра в катионы серебра, которые имеют положительный заряд за счет дополнительных электронов. «Мы заметили, что ультрафиолетовый свет может стереть данные, поскольку он заставляет электроны переходить от полупроводниковой пленки к металлическим наночастицам, вызывая такое же преобразование фотонов, как и лазер», — сказал Фу. «Введение в систему электроноакцепторных молекул (то есть тех, которые «накапливают» в себе электроны — прим. перев.) приводит к тому, что некоторые электроны переходят из полупроводника в эти молекулы, ослабляя способность УФ-излучения стирать данные и позволяет создавать экологически устойчивую среду хранения данных с высокой плотностью».
Изменение электронного потока
Для новых пленок исследователи использовали электроноакцепторные молекулы, имеющие размеры лишь 1-2 нанометра, чтобы разрушить поток электронов от полупроводника к металлическим наночастицам. Они изготовили полупроводниковые пленки, в которых нанопоры имеют сотовую структуру, что позволило наночастицам, электроноакцепторным молекулам и полупроводнику взаимодействовать друг с другом. Крайне малый размер электроноакцепторных молекул позволяет им прикрепляться внутри пор, при этом не влияя на их структуру. Готовые пленки имели толщину всего 620 нанометров.
Исследователи протестировали новые пленки и обнаружили, что голограммы могут быть эффективно и с высокой стабильностью записаны на них даже при наличии УФ-излучения. Они также продемонстрировали, что с использованием электроноакцепторов для изменения электронного потока образуются множественные пути переноса электронов, благодаря чему материал быстрее реагирует на лазерный луч и тем самым значительно ускоряется скорость записи данных.
«Частицы из благородных металлов, таких как серебро, обычно рассматриваются как среда с медленным откликом для оптического хранения», — сказал Фу. «Мы показываем, что использование нового электронного транспортного потока улучшает скорость оптического отклика частиц, сохраняя при этом другие их преимущества для хранения информации».
Исследователи планируют протестировать экологическую стабильность новых пленок, проведя серию испытаний. Они также отмечают, что для реальных применений пленок потребуется разработка высокоэффективных методов реконструкции трехмерных изображений и технологии представления цвета для отображения или чтения сохраненных данных.
