500 terabyte nelle dimensioni di un CD, un nuovo metodo per scrivere sul vetro

I ricercatori dell'Università di Southampton hanno sviluppato (qui la pubblicazione) un nuovo metodo di scrittura tramite un laser veloce ed efficiente che potrebbe permettere di archiviare fino a 500 TB di dati nelle dimensioni di un CD, ovvero con una densità di 10.000 volte superiore alla tecnologia Blu-Ray. Il laser consente di salvare informazioni in nanostrutture ad alta densità sul vetro.

Secondo il ricercatore Yuhao Lei, la nuova tecnologia di archiviazione dati potrebbe essere utile per salvare informazioni contenute in archivi nazionali, musei e librerie. Non stiamo parlando quindi di applicazioni casalinghe, ma di ambiti dove oggi si usano ancora i nastri magnetici. Il metodo di scrittura viene detto 5D perché racchiude due dimensioni ottiche più tre dimensioni spaziali. Il nuovo approccio può scrivere a velocità di 1 milione di voxel al secondo, ovvero scrivere 230 kilobyte di dati al secondo.

Il metodo ha permesso di registrare 5 GB di dati in un campione di vetro da un pollice. I quattro quadrati nella foto misurano ciascuno solo 8,8 x 8,8 mm

"Il meccanismo fisico che usiamo è generico", ha affermato Lei. "Pertanto, prevediamo che questo metodo di scrittura energeticamente efficiente potrebbe essere usato anche per la nanostrutturazione rapida in materiali trasparenti per applicazioni in ottica integrata 3D e microfluidica". 

L'archiviazione ottica 5D su materiali trasparenti era già stata dimostrata, ma non la scrittura con una velocità e una densità sufficienti ad applicazioni reali. Per superare questi ostacoli, i ricercatori hanno usato un laser a femtosecondi con un alto tasso di ripetizione per creare piccole "fosse" contenenti una singola struttura simile a una nanolamella con dimensioni di 500 per 50 nanometri.

Invece di usare il laser a femtosecondi per scrivere direttamente nel vetro, i ricercatori hanno sfruttato la luce per produrre un fenomeno ottico noto come "near-field enhancement", in cui una struttura simile a una nanolamella viene creata da alcuni deboli impulsi di luce, a partire da un nanovuoto isotropico generato da una singola microesplosione. L'uso di quel fenomeno ottico per creare le nanostrutture ha ridotto al minimo il danno termico causato da altri approcci che usano laser con un'alta frequenza di ripetizione.

Poiché le nanostrutture sono anisotrope, producono una birifrangenza che può essere caratterizzata dall'orientamento dell'asse lento della luce (4a dimensione, corrispondente all'orientamento della struttura simile a una nanolamella) e dalla forza di ritardo (5a dimensione, definita dalla dimensione della nanostruttura). Quando i dati vengono scritti nel vetro, l'orientamento dell'asse lento e la forza del ritardo possono essere controllati rispettivamente dalla polarizzazione e dall'intensità della luce.

"Questo nuovo approccio migliora la velocità di scrittura dei dati portandolo a un livello adeguato alla realtà, quindi possiamo scrivere decine di gigabyte di dati in un tempo ragionevole", ha affermato Lei. "Le nanostrutture altamente localizzate consentono una maggiore capacità di dati perché è possibile scrivere più voxel in un volume unitario. Inoltre, l'uso della luce pulsata riduce l'energia necessaria per la scrittura".

I ricercatori hanno usato il loro nuovo metodo per scrivere 5 GB di dati di testo su un disco di vetro delle dimensioni di un CD convenzionale con una precisione di lettura di quasi il 100%. Ogni voxel conteneva quattro bit di informazione e ogni due voxel corrispondeva a un carattere di testo. Con la densità di scrittura fornita dal nuovo metodo, il disco sarebbe in grado di contenere 500 TB di dati, registrabili in circa 60 giorni.

All'Università di Southampton stanno lavorando per aumentare la velocità di scrittura del loro metodo e rendere la tecnologia applicabile nella vita quotidiana. Parallelamente si stanno concettualizzando metodi di lettura dei dati archiviati più rapidi.