Trăim într-o lume în care volumul informaţiilor sub formă digitală se află într-o continuă creştere. Aproximativ 90% din datele existente în lume au fost generate în ultimii doi ani. Întrebarea evidentă care rezultă de aici este: cum putem să le înregistrăm pe toate?
În Nature Communications se arată, cu ajutorul lui Richard Evans de la CSIRO, detaliile dezvoltării unei tehnici noi ce permite creşterea capacităţii de stocare, pe un singur DVD, de la 4,7 GB până la un petabyte (1000 terabytes). Acesta este echivalentul a 10,6 ani de redare a unui fişier video de înaltă definiţie, în format comprimat, sau a 50.000 de filme în format high-definition.
Capacităţi extinse de înregistrare a datelor? Iată cum se pot înregistra 1000 terabyte de date pe un DVD obişnuit. Cu ajutorul aplicaţiilor din domeniul nanotehnologiei, cercetătorii au dezvoltat o tehnică de a mări capacitatea de stocare a datelor pe un DVD de la o valoare de 4,7 GB la 1000 TB (1 TB=1024 GB). Credit: Nature Communications.
Aşadar, cum s-a obţinut înregistrarea unui volum atât de mare de date? Pentru a răspunde la această întrebare trebuie, mai întâi, să înţelegem modalitatea prin care datele sunt stocate pe discurile optice precum CD-uri şi DVD-uri.
Elementele de bază privind înregistrarea digitală
Deşi discurile optice sunt folosite pentru a transporta programe software, filme, jocuri şi date personale, având performanţe net superioare altor medii de înregistrare în ceea ce priveşte preţul, durata de viaţă şi fiabilitatea, capacitatea lor de stocare limitată reprezintă factorul major ce restrânge utilizarea lor.
Procesul de înregistrare optică a datelor este destul de simplu. Când arzi un CD, de exemplu, informaţia ce va fi înregistrată este transformată mai întâi în şiruri de cifre binare (0 şi 1, numiţi biţi). Fiecare bit este apoi „ars" pe disc în formă de puncte, folosind un singur fascicul de lumină.
Capacitatea de stocare a discurilor optice este limitată, în principal, de dimensiunile fizice ale acestor puncte ce sunt generate în procesul de înregistrare a datelor. Deoarece există o limită a dimensiunii discului optic, precum şi a dimensiunii punctelor, multe din metodele actuale de stocare a datelor pe discurile DVD şi Blu-ray au un nivel redus al densităţii datelor.
Pentru a rezolva această problemă trebuie să ne întoarcem la legile fundamentale ale luminii.
Credit: Adam Foster, Codefor
"Păcălirea" limitei lui Abbe
În 1873, fizicianul german Ernst Abbe a publicat o lege care limitează lăţimea unui fascicul de lumină.
Pe baza acestei legi, diametrul unei raze de lumină, obţinută prin focalizarea unui fascicul de lumină printr-o lentilă, nu poate fi mai mic decât jumătate din lungimea sa de undă, aproximativ de 500 nanometri (500 miliardimi dintr-un metru) pentru lumina vizibilă.
Şi în timp ce această lege joacă un rol imens în microscopia optică modernă, ea, de asemenea, stabileşte o limită pentru cele mai mici puncte ce pot fi utilizate ca date binare, limitând eforturile cercetătorilor în încercarea acestora de a obţine puncte extrem de mici din domeniul nanometrilor.
În studiul nostru, am arătat cum se poate depăşi această limită fundamentală folosind o metodă ce utilizează două raze de lumină, având culori diferite, pentru înregistrarea datelor pe discuri şi care poate înlocui metoda convenţională ce foloseşte o singură raza de lumină.
Ambele raze de lumină respectă legea lui Abbe, astfel încât ele nu pot produce puncte individuale mai mici decât limita permisă. Dar cele două raze de lumină au funcţii diferite:
- Prima rază (în culoare roşie, în partea din dreapta a figurii de sus) are o formă rotundă şi este folosită pentru activarea înregistrării. Se numeşte raza de scriere.
- Cea de-a doua rază (în culoare violet) şi având o formă de gogoaşă are un rol opus funcţiei de înregistrare, ea anulând funcţia de scriere a razei de lumină.
Cele două fascicule de lumină sunt apoi suprapuse. Deoarece a doua rază o anulează pe prima în inelul său, procesul de înregistrare este mărginit şi concentrat în centrul razei de înregistrare.
Această nouă tehnică produce o focalizare eficientă a razei de lumină într-un punct de 9 nanometri sau 1/10000 din diametrul unui fir de păr uman.
Noua tehnică, perspective de aplicare
Munca noastră va avea un impact important în ceea ce priveşte dezvoltarea de dispozitive super-compacte, precum şi în cercetările efectuate în domeniile nanoştiinţei şi nanotehnologiei.
Caracteristicile excepţionale de lucru ale razelor de lumină folosite în cadrul acestei tehnologii permit înregistrarea 3D a datelor care poate creşte capacitatea de stocare a datelor pe un singur disc optic prin mărirea numărului de puncte ce sunt generate în procesul de scriere.
Noua metodă de înregistrare a datelor este, de asemenea, eficientă din punct de vedere al costurilor, dar şi portabilă, sunt folosite numai elemente optice şi laser obişnuite şi permite îmbunătăţirea înregistrării optice prin creşterea duratei de viaţă a discurilor optice şi un consum redus de energie, toate acestea putând crea condiţiile implementării noii metode în cadrul centrelor mari de înregistrare a datelor.
Volumul de date generate la nivel mondial continuă să se mărească, astfel încât preocuparea noastră pentru creşterea capacităţii de stocare în dispozitive compacte va continua. Acest obiectiv este mai aproape de noi prin noua tehnică prezentată aici.
Traducere de George Cristian Podariu după storage-terabytes-dvd, cu acordul Phys.org. Articolul original este preluat de pe site-ul "The conversation" sub licenţă Creative Commons - Attribution/No Derivatives.
