منذ زمن سحيق ، حاول شخص لديه بعض المعلومات الحفاظ عليه. قد يكون السبب في ذلك هو الرغبة في إعادة استخدام هذه المعلومات أو الرغبة في نقلها إلى الأجيال القادمة. على أي حال ، لحفظ المعلومات ، هناك حاجة إلى "حاوية" حيث سيتم تخزينها. كانت أولى ناقلات المعلومات هذه هي الصخور ، والتي يصور عليها القدماء أحداثًا مختلفة من حياتهم (الصيد والحياة وملاحظات العالم ، وما إلى ذلك). الآن لقد ابتعدنا عن الرسومات على الصخور. أصبحت الأقراص الضوئية و HDD و SDD وذاكرة فلاش وغيرها من الوسائط أشياء عادية بالنسبة لنا. ومع ذلك ، ماذا يمكنك أن تقول عن استخدام تقنيات التصوير المجسم لتخزين المعلومات؟ هذه الطريقة غير القياسية ليست جديدة ، ولكن في الآونة الأخيرة فقط ، تمكن العلماء من حل المشكلة الأساسية التي منعت هذه التقنية من الانتقال من النظرية إلى الممارسة. ما هذه المشكلة وكيف تم حلها وهل نتوقع ثورة في مجال تخزين البيانات؟ سنحاول الإجابة على هذه الأسئلة وغيرها اليوم. دعنا نذهب.
تاريخ موجز ل HVD
HVD (أو القرص متعدد الاستخدامات المجسم) هو قرص ثلاثي الأبعاد متعدد الأغراض. في عام 1963 ، اقترح بيتر فان هيردن ، وهو عالم في Polaroid ، طريقة "التخزين بالجملة" للبيانات. منذ ذلك الحين ، تم تطوير العديد من الشركات في هذا المجال.
HVD و DVDفي عام 2000 ، أعلنت سوني عن تطوير UDO (وسائط بصرية فائقة الكثافة - بصرية عالية الكثافة للبيانات) ، والتي يمكنها تخزين حوالي 30 جيجابايت. بالفعل في عام 2007 ، تمت ترقية التنسيق إلى UDO2 مع كمية المعلومات المخزنة حتى 60 جيجابايت.
في عام 2006 ، قدمت الشركات المتوسطة الجديدة للجمهور تنسيقًا جديدًا وثوريًا - HD VMD. بعد عامين ، بدأت المبيعات الأولى.
مشغل الشركات المتوسطة الجديدة لـ VMDومع ذلك ، كما نعلم ، فإن رفوف وسائل الإعلام الثلاثية الأبعاد لا تتناثر متاجر الإلكترونيات حتى الآن. ولهذا هناك أسباب حولها بعد ذلك بقليل.
مبدأ تكنولوجيا VMD
التمثيل التخطيطي لطبقات القرص وتأثير أشعة الليزر عليها (المصدر: en.wikipedia.org) :
- 1 - قراءة / كتابة ليزر أخضر (532 نانومتر) ؛
- 2 - ليزر تحديد المواقع / مؤشر الليزر الأحمر (650 نانومتر) ؛
- 3 - الهولوغرام (البيانات) ؛
- 4 - طبقة البولي.
- 5 - طبقة فوتوبوليمير (فوتوبوليمير) مع البيانات ؛
- 6 - طبقة فصل (طبقات بعيدة) ؛
- 7 - طبقة تعكس اللون الأخضر (طبقة ثنائية اللون) ؛
- 8 - طبقة من الألمنيوم تعكس الضوء الأحمر ؛ 9 - قاعدة شفافة ؛ ف - استراحات (حفر)
أول شيء يلفت انتباهك هو وجود ليزر - أخضر وأحمر. يتم تسجيل المعلومات في شكل صورة مجسمة بسبب اتصال هذين الأشعة (بسبب تماسكهما). الشعاع الأخضر هو المرجع ولا يحتوي على بيانات. يمر الشعاع الأحمر من خلال معدل بصري يغير خصائص الشعاع. عندما يتقاطع شعاعان ، يتم تكوين صورة ثلاثية الأبعاد في منطقة التداخل. ونتيجة لذلك ، يمكننا تخزين البيانات في شكل ثلاثي الأبعاد ، وليس في شكل ثنائي الأبعاد ، كما هو الحال مع الوسائط البصرية التقليدية.
* مثال تقريبي :
تخيل أن هناك غرفة يجب ملؤها بالصناديق. إذا وضعتها على منطقة الأرضية ، فستناسب الصناديق أقل من ذلك بكثير. وإذا استخدمت المساحة بالكامل من الأرض إلى السقف ، يمكنك وضع الكثير من الصناديق.
جديد من الصين
جامعة نورث إيسترن التربويةكما فهمنا بالفعل ، هناك الكثير من الأشخاص الذين يريدون إنشاء HVD الخاص بهم. تجلب كل من الشركات التي تبحث في هذه التكنولوجيا شيئًا جديدًا إلى تطورها العام. لا ترغب في الوقوف جانبا والعلماء من جامعة Northeast Normal (جامعة Northeastern التربوية). تمكنوا من تطوير نوع جديد من الأفلام سيكون بمثابة مستودع للصور الثلاثية الأبعاد (أي البيانات). سيكون لهذه الوسيلة كثافة بيانات عالية وسرعة قراءة وكتابة ممتازة وستكون قادرة على تحمل التغيرات الهائلة في البيئة. بالإضافة إلى ذلك ، تمكنوا أيضًا من التعامل مع مشكلة هشاشة الوسائط الثلاثية الأبعاد بسبب التعرض للأشعة فوق البنفسجية.
عملية تصنيع النموذج الأولي
كانت المادة الرئيسية المستخدمة في الدراسات هي ثماني الأوكتريت - أحد التعديلات المتعددة الأشكال لـ TiO2 (أكسيد التيتانيوم). يتم طلاء القاعدة الزجاجية بمزيج من الجسيمات النانوية لأكسيد التيتانيوم (0.4 مول / لتر) وبوليمر كوبوليمر PEO20-PP070-PPO20 (20 جم / لتر). بعد ذلك ، يتم غمر القاعدة في خليط من الماء والإيثانول (بنسب متساوية) التي يتم الحصول عليها بطريقة sol-gel. كان معدل الإزالة 2 سم / ثانية ، وهو ضروري لإنشاء طبقة أكسيد التيتانيوم موحدة وشفافة وسلسة. علاوة على ذلك ، لإزالة البوليمرات ، تم تحميص الفيلم عند درجة حرارة 450 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة.
كانت الخطوة التالية هي غمر طبقة نانوية من أكسيد التيتانيوم في محلول من phosphofungstate (تركيز - 0.016 مول / لتر) لمدة 5 ساعات. هذه العملية الطويلة ضرورية لامتصاص جزيئات الحمض بنجاح على سطح الفيلم.
تمثيل تخطيطي لعملية إنشاء نموذج أولي لفيلم النانوتم غمر الفيلم الناتج في خليط من نترات الفضة 0.01 م (AgNO
3 ) - 49 مل وإيثانول - 1 مل. تم ترسيب النانو الفضي على فيلم (أكسيد التيتانيوم مع جزيئات حمض الفسفوفونجستين) أثناء التشعيع فوق البنفسجي في درجة حرارة الغرفة لمدة 20 دقيقة. كانت الخطوة الأخيرة هي غسل الفيلم في ماء منزوع الأيونات وإشعاعه بالأشعة فوق البنفسجية لمدة 5 دقائق لتقليل أيونات Ag + المتبقية.
أثناء الإشعاع فوق البنفسجي ، أصبحت العينة رمادية بنية ، ويرجع ذلك إلى الامتصاص الموضعي لرنين البلازمون السطحي للمسام النانوية الفضية المودعة. تم الحصول على الخواص البصرية والمورفولوجية للبنية النانوية للعينة باستخدام مطياف UV-2600 و مجهر إلكتروني للمسح.
تجربة كيميائية ضوئية
أجريت هذه التجربة في درجة حرارة الغرفة باستخدام جهاز potentiostat (جهاز لرصد جهد القطب تلقائيًا ودعم قيمته المحددة مسبقًا). للتجربة ، تم استخدام تكوين قياسي ثلاثي الأقطاب:
- زجاج أكسيد القصدير - القطب العامل ؛
- Ag / AgCl (قطب كلوريد الفضة) - القطب المرجعي ؛
- الأسود البلاتيني هو القطب المضاد.
تم توفير الإضاءة من خلال مصباح زينون Hayashi LA-410 بكثافة ضوء 20 mW / cm
2 . تم إجراء القياسات في إلكتروليت 0.5 M Na
2 SO
4 (كبريتات الصوديوم) بمستوى أس هيدروجيني 5.8.
عملية التسجيل المجسم
تم تسجيل شبكة الانعراج باستخدام شعاع ليزر متماسك مستقطب على شكل حرف S (532 نانومتر ، 714 مللي واط / سم
2 ). تم ضبط زاوية تقاطع أشعة التسجيل على 10 درجات. كانت كثافة قدرة عوارض الكتابة هي نفسها وكانت 57 ميجاوات / سم
2 . تم استخدام ليزر أحمر يولد 671 نانومتر ضوء مستقطب s لمراقبة ديناميكيات شبكة المجسم. تم تعيين كثافة طاقة تبلغ 671 نانومتر من الليزر عند 7 مللي واط / سم
2 لتقليل التأثير المدمر لإشعاع القراءة ، مما يؤدي إلى تفاعلات كيميائية ضوئية. تم تسجيل إشارة من الدرجة الأولى المنعرجة على الصمام الثنائي الضوئي المقترن بالكمبيوتر. يمكن تعريف كفاءة الانعراج للشبكات الثلاثية الأبعاد على أنها نسبة شدة حزمة الانعراج من الدرجة الأولى والحزمة الواردة بعد المرور عبر العينة.
مظهر النظامبالإضافة إلى ذلك ، تم توسيع أحد أشعة الكتابة بعد المرشح المكاني ، والذي تم مواجهته لتمريره عبر القناع ، وركز في وسط الفيلم النانو المركب Ag / PW
12 / TiO
2 . تم توجيه شعاع آخر إلى نفس اتجاه الاتجاه المرجعي. تم جمع صور ثلاثية الأبعاد أعيد بناؤها باستخدام كاميرا فيديو CMOS. تم استخدام الليزر الأحمر (671 نانومتر) كاختبار لقراءة صورة ثلاثية الأبعاد.
رسم تخطيطي مبسط للتعديل البصري للتسجيل المجسم ، حيث:
M - مرآة - مرآة
BS - مقسم الشعاع - مقسم الشعاع ؛
F هي العدسة ؛
BE - توسيع الشعاع - موسع الشعاع ؛
PD - الثنائي الضوئي - الضوئي ؛
عينة - عينة
قناع - قناع.نتائج الاختبار
في يد الباحث نفس العينة التي استخدمت في الاختبارفيما يلي الرسوم البيانية ولقطات لنتائج الاختبار مع وصف. لإجراء دراسة أكثر تفصيلاً ، أوصيك بقراءة تقرير مجموعة البحث ، والذي ستجده
بالإشارة أو هذا
الرابط (مستند PDF) .
مورفولوجيا الفيلم وأطياف امتصاص الأشعة فوق البنفسجية
الصورة رقم 3تظهر الصور
(أ) و
(ج) صور SEM السطحية والمستعرضة لفيلم من أكسيد التيتانيوم مع جزيئات حمض الفوسفوفونجستين (PW
12 ). وفي الصور
(ب) و
(د) فيلم من أكسيد التيتانيوم بدون مكونات إضافية. سمك كل من العينات 620 نانومتر. تظهر العينة التي تحتوي على PW12 توزيعًا أقل بكثير من الفضة النانوية (حوالي 14.7 نانومتر) من عينة بدون PW
12 (حوالي 21.2 نانومتر). قد يكون هذا الاختلاف بسبب تثبيط تراكم المسام النانوية الفضية تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية.
باستخدام المستقبلات ، تحتل النانو الفضية البلازمية (أقل من 30 نانومتر) حوالي 98٪ من جزء الحجم ، وهو مؤشر جيد جدًا لتحقيق مستوى عالٍ من الكفاءة وسرعة اللونية الضوئية
(e) . وتم الحصول على المسام النانوية الفضية الموزعة على نطاق أوسع (من 4 إلى 52 نانومتر) عن طريق الاتصال المباشر لهذا المعدن بفيلم من أكسيد التيتانيوم
(و) .
بالإضافة إلى ذلك ، فإن تركيز المسام النانوية في فيلم Ag / PW
12 / TiO
2 هو 7.94 ~ ~ 109 / سم
2 ، وهو أقل من تركيز فيلم Ag / TiO
2 (~ 9.42 ~ ~ 109 / سم
2 ).
الصورة رقم 4:
(أ) مخطط يظهر انخفاضًا في المسام النانوية الفضية في أغشية PW 12 TiO2 و TiO2 بسبب التعرض للأشعة فوق البنفسجية.
(ب) التحليل الطيفي لفيلم Ag / PW 12 / TiO2 وفيلم Ag / TiO 2 على طبقة زجاجية (قاعدة) في نطاق الأشعة فوق البنفسجية.من بين أمور أخرى ، يوفر استخدام PW
12 قنوات نقل إلكترونية إضافية في عمليات الترسيب التحفيزي الضوئي ونقل الإلكترون
(أ) .
يتم توزيع الإلكترونات المولدة ضوئيًا من TiO2 ، ويمكن نقل بعضها إلى PW
12 تحت إثارة الأشعة فوق البنفسجية ، مما يبطئ ترسب نانو الفضة بشكل فعال. كان تأثير التأخير الذي تم اختباره في أطياف امتصاص الأشعة فوق البنفسجية لعينة Ag / PW
12 / TiO
2 ~ 0.95 ، وكان تأثير عينة Ag / TiO2 تقريبًا ~ 1.38
(ب) .
الصورة رقم 5:
(أ) مسح خطي لفولتاموجرام إلكترونات PW 12 / TiO2 وإلكترونات TiO2 (المسح بسرعة 10 mV / s). يظهر الشكل الداخلي (الزاوية اليمنى السفلى) نتائج الاختبار في الظلام.
(ب) عملية الانتقال الإلكتروني في فيلم Ag / PW 12 / TiO 2 عند تعرضه للأشعة فوق البنفسجية.تعديل اللونية الضوئية العكسية
شكل 6: الامتصاص التفاضلي لأغشية Ag / PW 12 / TiO2 (a) و Ag / TiO 2
(ب) بالإشعاع بالتناوب مع الضوء الأخضر (532 نانومتر ، 57 ميغاواط / سم 2 ) والأشعة فوق البنفسجية (360 نانومتر ، 71 مللي واط / سم 2 ). التغييرات في امتصاص Ag / PW 12 / TiO 2 © و Ag / TiO 2 (د) عند التعرض بالتناوب للإشعاع الأخضر والأشعة فوق البنفسجية.
الصورة رقم 7: كفاءة الانعراج من الدرجة الأولى لحواجز الشبكية الثلاثية الأبعاد في فيلم Ag / PW 12 / TiO2 (أ) وفي فيلم Ag / TiO 2 (ب) عند تعرضه لـ (s + s) شعاع أخضر (تسجيل) وشعاع فوق بنفسجي (محو) ) لأربع دورات.نتائج الباحثين
يتيح لك استخدام تقنية التصوير المجسم كتابة وقراءة ملايين وحدات البايت في المرة الواحدة ، وهو أسرع عدة مرات من استخدام وسائط التخزين الضوئية والمغناطيسية. ميزة أخرى مهمة لهذه التكنولوجيا هي تسجيل البيانات في شكل ثلاثي الأبعاد ، والذي يسمح لك بتخزين المزيد من البيانات على وسيط لا يزيد حجمه الفعلي. هذا ، بطريقة ما ، هو الاستخدام الأكثر كفاءة للفضاء.
المشكلة الأكبر هي الآثار الضارة للأشعة فوق البنفسجية ، التي تمحوها البيانات من الوسائط. ومع ذلك ، تمكن الباحثون من التعامل مع هذه الصعوبة. ولهذا الغرض تم استخدام مواد مثل الفضة وأكسيد التيتانيوم. باستخدام الليزر ، تم تحويل جزيئات الفضة إلى كاتيونات فضية بشحنة موجبة بسبب إلكترونات إضافية.
يقول أحد الباحثين ،
شينشنغ فو ، ما يلي حول هذا:
وجدنا أن الأشعة فوق البنفسجية يمكن أن تمحو البيانات لأنها تتسبب في انتقال الإلكترونات من فيلم أشباه الموصلات إلى الجسيمات النانوية المعدنية ، مما يتسبب في نفس تحويل الفوتون مثل الليزر. أدى إدخال الإلكترونات التي "تجذب" الجزيئات إلى دفع بعض الإلكترونات من أشباه الموصلات إلى هذه الجزيئات ، مما يقلل من خصائص محو الأشعة فوق البنفسجية ويخلق وسيط تخزين بيانات عالي الكثافة مستدام بيئيًا.
تكمن أهمية المسام النانوية في قدرتها على السماح للجسيمات النانوية والجزيئات التي تجذب الإلكترونات وأشباه الموصلات بالتفاعل مع بعضها البعض. ويسمح الحجم الصغير للغاية للجزيئات التي تجذب الإلكترونات بالربط داخل المسام دون التأثير على هيكلها. كانت أبعاد الفيلم النهائية 620 نانومتر فقط في السمك.
أظهرت نتائج الاختبار أنه يمكن تسجيل البيانات في فيلم جديد حتى مع التعرض المستمر للأشعة فوق البنفسجية. ويشكل استخدام الجزيئات التي تجذب الإلكترونات العديد من مسارات نقل الإلكترون ، مما يحسن استجابة المادة لأشعة الليزر. وهذا ، على التوالي ، يعني زيادة في سرعة تسجيل البيانات. أما بالنسبة لسرعة قراءة البيانات ، بحسب العلماء ، فهي حوالي 1 جيجا بايت / ثانية.
كلمات شينشنغ فو:
عادة ما يعتبر استخدام المعادن النبيلة ، مثل الفضة ، في مجال التخزين البصري وسيط استجابة بطيئة. لقد أثبتنا أن استخدام تيارات نقل الإلكترون يزيد من سرعة الاستجابة البصرية للجسيمات ، مع الحفاظ على الصفات الأخرى لهذه الجسيمات المفيدة لتخزين البيانات.
الخطوة التالية في دراسة هذه التقنية هي اختبار الاستقرار البيئي خارج المختبر ، إذا جاز التعبير.
الخاتمة
يعتقد الباحثون في ابتكارهم. وليس عبثا ، لأنهم تمكنوا من التعامل مع مشكلة كانت موجودة لسنوات عديدة - الآثار الضارة للأشعة فوق البنفسجية. ما هي النقطة في ناقل المعلومات المجسم ، إذا كان يمكن استخدامه فقط في الظلام ، تقريبًا. على الرغم من نجاحاتهم ، يقول العلماء أن استخدام تطوراتهم سيتطلب إنشاء قراء من نوع جديد من وسائل الإعلام. وسوف يستغرق الكثير من الوقت والمزيد من الجهد.
على أي حال ، كما نعلم جيدًا ، فإن أي بحث (خصوصًا ناجح جدًا) له تأثير إيجابي هائل على تطوير التكنولوجيا في حد ذاتها. الانتظار في المستقبل القريب لوسائل التصوير المجسم المستقبلية بحجم لوحة العلكة بالتأكيد لا يستحق ذلك حتى الآن. ومع ذلك ، كما نتذكر ، قبل 15 عامًا لم يكن أحد يعتقد أن محركات الأقراص المحمولة في المستقبل سيكون حجمها ليس بالميغابايت ، ولكن بالتيرابايت.
شكرا لك على البقاء معنا. هل تحب مقالاتنا؟ هل تريد رؤية مواد أكثر إثارة للاهتمام؟ ادعمنا عن طريق تقديم طلب أو التوصية به لأصدقائك ،
خصم 30 ٪ لمستخدمي Habr على نظير فريد من خوادم مستوى الدخول التي اخترعناها لك: الحقيقة الكاملة حول VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 نوى) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps من 20 $ أو كيفية تقسيم الخادم؟ (تتوفر الخيارات مع RAID1 و RAID10 ، حتى 24 مركزًا وحتى 40 جيجابايت DDR4).
ديل R730xd أرخص مرتين؟ فقط لدينا
2 x Intel Dodeca-Core Xeon E5-2650v4 128GB DDR4 6x480GB SSD 1Gbps 100 TV من 249 دولارًا في هولندا والولايات المتحدة! اقرأ عن
كيفية بناء مبنى البنية التحتية الطبقة باستخدام خوادم Dell R730xd E5-2650 v4 بتكلفة 9000 يورو مقابل سنت واحد؟