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Investigadores han desarrollado un método de escritura por láser rápido y energéticamente eficiente para producir nanoestructuras de alta densidad en vidrio de sílice. Estas diminutas estructuras pueden utilizarse para el almacenamiento óptico de datos a largo plazo en cinco dimensiones (5D), que es más de 10.000 veces más denso que la tecnología de almacenamiento en discos ópticos Blue-Ray.
"Los individuos y las organizaciones generan conjuntos de datos cada vez más grandes, lo que crea la necesidad desesperada de formas más eficientes de almacenamiento de datos con una gran capacidad, un bajo consumo de energía y una larga vida útil", afirma el investigador doctoral Yuhao Lei, de la Universidad de Southampton (Reino Unido). "Mientras que los sistemas basados en la nube están diseñados más bien para datos temporales, creemos que el almacenamiento de datos en 5D en vidrio podría ser útil para el almacenamiento de datos a largo plazo para archivos nacionales, museos, bibliotecas u organizaciones privadas."
En Optica, la revista de investigación de alto impacto del Optica Publishing Group, Lei y sus colegas describen su nuevo método de escritura de datos que abarca dos dimensiones ópticas más tres dimensiones espaciales. El nuevo método puede escribir a velocidades de 1.000.000 de vóxeles por segundo, lo que equivale a grabar unos 230 kilobytes de datos (más de 100 páginas de texto) por segundo.
"El mecanismo físico que utilizamos es genérico", dijo Lei. "Así, prevemos que este método de escritura de bajo consumo podría utilizarse también para la nanoestructuración rápida en materiales transparentes para aplicaciones en óptica integrada 3D y microfluídica".
Una escritura láser más rápida y mejor
Aunque ya se ha demostrado el almacenamiento de datos ópticos en 5D en materiales transparentes, la escritura de datos lo suficientemente rápida y con una densidad suficiente para las aplicaciones del mundo real ha resultado un reto. Para superar este obstáculo, los investigadores utilizaron un láser de femtosegundo con una alta tasa de repetición para crear pequeñas fosas que contenían una única estructura similar a una nanolámpara que medía solo 500 por 50 nanómetros cada una.
En lugar de utilizar el láser de femtosegundo para escribir directamente en el vidrio, los investigadores aprovecharon la luz para producir un fenómeno óptico conocido como realce de campo cercano, en el que se crea una estructura similar a la nanolamela mediante unos pocos pulsos de luz débiles, a partir de un nanovoide isotrópico generado por una microexplosión de un solo pulso. El uso del realce de campo cercano para crear las nanoestructuras minimizó el daño térmico que ha sido problemático para otros enfoques que utilizan láseres de alta tasa de repetición.
Escritura de datos en un CD de vidrio
Los investigadores utilizaron su nuevo método para escribir 5 gigabytes de datos de texto en un disco de cristal de sílice del tamaño de un disco compacto convencional con una precisión de lectura de casi el 100%. Cada vóxel contenía cuatro bits de información, y cada dos vóxeles correspondían a un carácter de texto. Con la densidad de escritura disponible en el método, el disco podría contener 500 terabytes de datos. Con actualizaciones del sistema que permitan la escritura en paralelo, los investigadores afirman que debería ser factible escribir esta cantidad de datos en unos 60 días.
"Con el sistema actual, tenemos la capacidad de conservar terabytes de datos, lo que podría utilizarse, por ejemplo, para preservar la información del ADN de una persona", dijo Peter G. Kazansky, líder del equipo de investigadores.
Fuentes, créditos y referencias:
“High speed ultrafast laser anisotropic nanostructuring by energy
deposition control via near-field enhancement” by Yuhao Lei, Masaaki
Sakakura, Lei Wang, Yanhao Yu, Huijun Wang, Gholamreza Shayeganrad, and
Peter G. Kazansky, 28 October 2021, Optica.
DOI: 10.1364/OPTICA.433765
Imagen: Los investigadores han desarrollado un nuevo método de escritura por láser, rápido y de bajo consumo, para producir nanoestructuras en vidrio de sílice. Utilizaron el método para grabar 6 GB de datos en una muestra de vidrio de sílice de una pulgada. Cada uno de los cuatro cuadrados fotografiados mide sólo 8,8 X 8,8 mm. También utilizaron el método de escritura láser para escribir el logotipo y la marca de la universidad en el vidrio. Crédito: Yuhao Lei y Peter G. Kazansky, Universidad de Southampton