Алмазный носитель: вечное хранилище данных на миллионы лет

Исследователи разработали эффективный и надежный метод хранения данных в алмазе - материале, известном своей прочностью и стабильностью. Описанный в журнале Nature Photonics, этот метод не только обеспечивает исключительную плотность хранения данных, но и уникальную способность сохранять информацию в течение миллионов лет.

Сейчас, когда объем цифровых данных растет в геометрической прогрессии, потребность в долговечных и эффективных решениях для хранения данных как никогда актуальна. Нынешние технологии, такие как магнитные жесткие диски и твердотельные накопители, несмотря на их повсеместное распространение, демонстрируют свои недостатки. Например, жесткие диски уязвимы к потере данных, если их магнитные свойства ухудшаются. Кроме того, вызывает беспокойство растущий спрос на энергию для хранения данных.

Именно на этом фоне исследователи из Университета науки и техники Китая в Хэфэе работают над созданием альтернативных решений, сочетающих в себе экологичность и энергоэффективность. Кроме того, эти решения должны обладать повышенной емкостью памяти и высокой скоростью обработки данных. Одна из их самых инновационных идей основана на использовании алмаза - материала, который ценится за свою прочность и способность взаимодействовать со светом.

Дефекты Френкеля: микромир для хранения данных

В рамках эксперимента исследователи использовали крошечные фрагменты алмаза, подвергнутые воздействию сверхбыстрых лазерных импульсов длительностью 1 фемтосекунда (или 0,000 000 000 000 000 001 секунда) на импульс. Цель этого метода - создать "дефекты Френкеля" - вакуоли, образующиеся при смещении атома углерода. Эти дефекты служат для хранения информации.

Концептуальная схема алмазного носителя информации. Данные хранятся в алмазе с помощью фемтосекундных лазерных импульсов. Флуоресценция остается стабильной при непрерывном лазерном облучении на длине волны 532 нм с плотностью мощности 1,3 × 10⁷ кВт м-², необходимой для кодирования в оттенках серого. Конфокальное изображение, демонстрирующее уложенную схему хранения. Алмаз, обладающий высокой теплопроводностью, быстро рассеивает тепло, обеспечивая точность записи. Фемтосекундные импульсы создают электрический сигнал длительностью 4 нс, ограниченный полосой пропускания фотодиода. Изображение с суперразрешением запоминающего устройства, которое выглядит как тонкая резкая полоса с полувысотой шириной 69 нм и 160 нм, соответственно. Система записи автоматически корректирует волновой фронт для оптимизации фокусировки лазера, компенсируя разницу индексов на границе раздела масло-алмаз. Этот метод использует уникальные свойства алмаза для хранения данных высокого разрешения, точности и долговечности.

Эти вакуоли характеризуются удивительной структурной стабильностью, даже при высоких температурах, и устойчивостью к фотообесцвечиванию, что позволяет часто и длительно считывать данные. Сложное взаимодействие между лазером и алмазной подложкой уменьшает размер каждой вакуоли до менее чем 69 нанометров, что значительно повышает плотность хранения данных.

Рекордная плотность и непревзойденная долговечность

Ученые заявили о впечатляющей плотности хранения данных - 14,8 терабита на кубический сантиметр. В дополнение к этой феноменальной емкости система обещает исключительную долговечность - потенциально миллионы лет, хотя эта оценка основана на моделировании. "После стабилизации структур хранения данных с помощью термообработки алмаз обеспечивает несравненную долговечность, не требуя никакого обслуживания," - рассказывает New Scientist Я Ванг, один из авторов исследования.

Чтобы проверить свою систему, команда сохранила знаковые изображения, такие как "Кот с золотой рыбкой" Анри Матисса или знаменитая последовательность фотографий Эдуарда Майбриджа 1878 года. Изменив атомную структуру алмаза, чтобы воспроизвести световые колебания каждого пикселя, они продемонстрировали поразительную эффективность хранения данных, с коэффициентом ошибок менее 1%. Несмотря на свои перспективы, эта технология не лишена трудностей при масштабном внедрении, не в последнюю очередь из-за ее высокой стоимости и сложности оборудования, необходимого для ее производства.