Eternal 5D или Superman memory crystal — технология оптической записи информации с очень высокой плотностью и долговечностью, разработанная учёными Исследовательского центра оптоэлектроники ( англ. Optoelectronics Research Centre ) Саутгемптонского университета .

Носитель информации представляет собой наноструктурированный прозрачный материал, запись производится с помощью фемтосекундного лазера , работающего в режиме синхронизации мод . Таким методом возможно записать до 360 терабайт информации на один кристалл ; расчётный срок хранения информации составляет порядка нескольких миллиардов лет .

Разработка технологии

Основной принцип — оптическая запись информации на прозрачный материал, не обладающий особой светочувствительностью, но долговечный — например, кварцевое стекло . Первый эксперимент, показавший практическую возможность сделать это с помощью фемтосекундного лазера в режиме синхронизации мод, был поставлен в 1996 году . Первая успешная запись 300 килобайт данных была продемонстрирована в 2013 году .

Для модуляции используются интенсивность, поляризация и длина волны лазерного излучения. Если в кварцевое стекло внедрить наночастицы серебра или золота , для повышения плотности записи информации можно использовать также плазмоны и самосборку нанорешётки под действием лазерных импульсов . Такие нанорешётки, включающие в себя слоистые структуры толщиной 20 нм , расположенные в толще материала , оказались устойчивыми при повышенных температурах . Физика процесса самосборки нанорешёток до сих пор не вполне исследована, хотя были попытки дать ему теоретическое объяснение .

Записанные данные располагаются в трёхмерном объёме , расстояние между соседними точками составляет 3,7 мкм , между слоями — 20 мкм. Самособранная наноструктура взаимодействует с оптическим излучением как одноосный кристалл с отрицательным двойным лучепреломлением. Каждая точка, сделанная лазером, помимо положения в трёхмерном пространстве обладает ещё своим направлением оптической оси (влияет на поляризацию излучения) и степенью непрозрачности (влияет на интенсивность излучения). Таким образом, к трём геометрическим пространственным измерениям добавляются ещё два «оптических измерения», и запись данных становится «пятимерной» — потому технология и была названа Eternal 5D .

На практике удалось сделать до 18 слоёв записи, используя световые импульсы длительностью 600 фс и энергией 0,2 мкДж , с частотой следования импульсов 500 кГц . Проведённые по результатам тестов расчёты показали время разрушения нанорешётки при температуре 30 ⁰C порядка 3⋅10 ^20±1 лет , при 189 ⁰C — около 13,8⋅10 ⁹ лет , что сопоставимо с возрастом Вселенной .

Применение

В 2015 году на церемонии закрытия Международного года света в Мехико Исследовательский центр оптоэлектроники преподнёс в дар ЮНЕСКО Eternal 5D диск с записью Всеобщей декларации прав человека . На такие же опытные диски были записаны «Оптика» Исаака Ньютона , « Магна Карта » и Библия короля Якова .

Разработчики технологии видят возможное практическое применение ей в организациях, которым требуется надёжное длительное хранение больших объёмов данных (библиотеки, архивы, музеи и другие), а в перспективе — для хранения информации за пределами Земли, в жёстких условиях других планет и открытого космоса. Внедрению этого изобретения в серийное коммерческое производство и массовое применение препятствует высокая стоимость записывающего оборудования (особенно фемтосекундных лазеров) .

Два подобных диска подарил Илону Маску . На них записана трилогия романов Айзека Азимова « Основание » (Foundation). Один из дисков Маск отправил в Tesla Roadster к Марсу .

Примечания

Литература

• Glezer E. N., Milosavljevic M., Huang L., Finlay R. J., Her T.-H., Callan J. P., Mazur E. Three-dimensional optical storage inside transparent materials (англ.) // Opt. Lett. — 1996. — Iss. 21 . — P. 2023—2025 .
• Watanabe M., Juodkazis S., Sun H. B., Matsuo S., Misawa H., Miwa M., Kaneko R. Transmission and photoluminescence images of three-dimensional memory in vitreous silica (англ.) // Applied Physics Letters . — 1999. — Iss. 74 . — P. 3957—3559 .
• Zijlstra P., Chon J. W. M., Gu M. Five-dimensional optical recording mediated by surface plasmons in gold nanorods (англ.) // Nature. — 2009. — Iss. 459 . — P. 410—413 .
• Royon A., Bourhis K., Bellec M., Papon G., Bousquet B., Deshayes Y., Cardinal T., Canioni L. Silver clusters embedded in glass as a perennial high capacity optical recording medium (англ.) // Adv. Mater. — 2010. — Iss. 22 . — P. 5282—5286 .
• Podlipensky A., Abdolvand A., Seifert G., Graener H. Femtosecond laser assisted production of dichroitic 3D structures in composite glass containing Ag nanoparticles (англ.) // Appl. Phys. — 2005. — Iss. 80 . — P. 1647—1652 .
• Shimotsuma Y., Sakakura M., Kazansky P. G., Beresna M., Qiu J., Miura K., Hirao K. Ultrafast manipulation of self-assembled form birefringence in glass (англ.) // Adv. Mater. — 2010. — Iss. 22 . — P. 4039—4043 .
• Zhang J., Gecevičius M., Beresna M., Kazansky P. G. Seemingly unlimited lifetime data storage in nanostructured glass (англ.) // Phys. Rev. Lett. — 2014. — Iss. 112 . — P. 033—901 .
• Kazansky P. G., Inouye H., Mitsuyu T., Miura K., Qiu J., Hirao K., Starrost F. Anomalous anisotropic light scattering in Ge-doped silica glass (англ.) // Phys. Rev. Lett. — 1999. — Iss. 82 . — P. 2199—2202 .
• Shimotsuma Y., Kazansky P. G., Qiu J., Hirao K. Self-organized nanogratings in glass irradiated by ultrashort light pulses (англ.) // Phys. Rev. Lett. — 2003. — Iss. 91 . — P. 247—705 .
• Taylor R. S., Hnatovsky C., Simova E., Rajeev P. P., Rayner D. M., Corkum P. B. Femtosecond laser erasing and rewriting of self-organized planar nanocracks in fused silica glass (англ.) // Opt. Lett. — 2007. — Iss. 32 . — P. 2888—2890 .
• Bricchi E., Kazansky P. G. Extraordinary stability of anisotropic femtosecond direct-written structures embedded in silica glass (англ.) // Appl. Phys. Lett. — 2006. — Iss. 88 . — P. 111—119 .
• Richter S., Miese C., Döring S., Zimmermann F., Withford M. J., Tünnermann A., Nolte S. Laser induced nanogratings beyond fused silica—periodic nanostructures in borosilicate glasses and ULETM (англ.) // Opt. Mater. Express. — 2013. — Iss. 3 . — P. 1161—1166 .
• Lancry M., Poumellec B., Canning J., Cook K., Poulin J.-C., Brisset F. Ultrafast nanoporous silica formation driven by femtosecond laser irradiation (англ.) // Laser Photon. Rev. — 2013. — Iss. 7 . — P. 953—962 .
• Zhang J., Cerkauskaite A., Drevinskas R., Patel A., Beresna M., Kazansky P. Eternal 5D data storage by ultrafast laser writing in glass (англ.) // Proc. SPIE 9736, 97360U. — 2016. — doi : .

Ссылки

• Kazansky, P (2016-03-11). (англ.) . SPIE Newsroom . Дата обращения: 11 августа 2017 .
• Kazansky, Peter (англ.) . SPIE Newsroom (11 марта 2016).
• (порт.) . Terra (11 ноября 2013). Дата обращения: 11 августа 2017.
• (англ.) . University of Southampton (18 февраля 2016). Дата обращения: 11 августа 2017.
• Huebler, Kevin (2016-02-21). (англ.) . CNBC . Дата обращения: 11 августа 2017 .
• Zhang, Jingyu (2013-07-10). (англ.) . Kurzweil Accelerating Intelligence . Дата обращения: 11 августа 2017 .
• Borghino, Dario (2013-07-10). (англ.) . New Atlas . Дата обращения: 11 августа 2017 .
• Mullen, Jethro (2016-02-17). . CNN-Tech (англ.) . CNN . Дата обращения: 11 августа 2017 .
• (англ.) . University of Southampton (10 июля 2013). Дата обращения: 11 августа 2017.
• (англ.) . phys.org (15 августа 2011). Дата обращения: 11 августа 2017.