Depuis des temps immémoriaux, une personne avec des informations a essayé de les conserver. La raison pourrait en être le désir de réutiliser ces informations ou le désir de les transmettre aux générations futures. Dans tous les cas, pour sauvegarder les informations, un «conteneur» est nécessaire où elles seront stockées. Les premiers supports d'information de ce type étaient des rochers, sur lesquels des personnes anciennes décrivaient divers événements de leur vie (chasse, vie, observations du monde, etc.). Nous nous sommes maintenant éloignés des dessins sur les rochers. Les disques optiques, HDD, SDD, mémoire flash et autres supports sont devenus des choses absolument ordinaires pour nous. Cependant, que pouvez-vous dire sur l'utilisation des technologies holographiques pour stocker des informations? Cette méthode non standard n'est pas nouvelle, mais ce n'est que récemment que les scientifiques ont pu résoudre le problème fondamental qui empêchait cette technologie de passer de la théorie à la pratique. Quel est ce problème, comment a-t-il été résolu et faut-il s'attendre à une révolution dans le domaine du stockage des données? Nous allons essayer de répondre à ces questions et à d'autres aujourd'hui. Allons-y.
Une brève histoire de HVD
HVD (ou Holographic Versatile Disc) est un disque holographique polyvalent. En 1963, Peter van Heerden, un scientifique de Polaroid, a proposé une méthode de "stockage en vrac" des données. Depuis, de nombreuses entreprises se sont développées dans ce domaine.
HVD et DVDEn 2000, Sony a annoncé le développement de l'UDO (Ultra Density Optical - support optique à haute densité de données), qui pouvait stocker environ 30 Go. Déjà en 2007, le format a été mis à niveau vers UDO2 avec la quantité d'informations stockées jusqu'à 60 Go.
En 2006, les nouvelles moyennes entreprises ont présenté au public un nouveau format révolutionnaire - HD VMD. Après 2 ans, les premières ventes ont commencé.
Nouveau lecteur pour moyennes entreprises pour VMDCependant, comme nous le savons, les magasins d'électronique holographiques ne sont pas jonchés jusqu'à présent. Et pour cela il y a des raisons dont un peu plus tard.
Principe de la technologie VMD
Représentation schématique des couches de disques et des effets des faisceaux laser sur celles-ci (Source: en.wikipedia.org) :
- 1 - lecture / écriture laser vert (532 nm);
- 2 - laser de positionnement / index rouge (650 nm);
- 3 - hologramme (données);
- 4 - couche de polycarbonate;
- 5 - couche photopolimérique (photopolimérique) avec données;
- 6 - couche de séparation (couches Distans);
- 7 - une couche reflétant la couleur verte (couche dichroïque);
- 8 - couche d'aluminium réfléchissant la lumière rouge; 9 - une base transparente; P - évidements (creux)
La première chose qui attire votre attention est la présence de deux lasers - vert et rouge. Les informations sont enregistrées sous la forme d'une image holographique du fait de la connexion de ces deux rayons (du fait de leur cohérence). Le rayon vert est la référence et ne contient pas de données. Le faisceau rouge traverse un modulateur optique qui modifie les caractéristiques du faisceau. Lorsque deux faisceaux se croisent, une image holographique se forme dans la zone d'interférence. En conséquence, nous pouvons stocker des données sous forme tridimensionnelle et non sous forme bidimensionnelle, comme c'est le cas avec les supports optiques conventionnels.
* Un exemple approximatif :
imaginez qu'il y a une pièce qui doit être remplie de boîtes. Si vous les placez sur la surface au sol, les boîtes s'adapteront beaucoup moins. Et si vous utilisez tout l'espace du sol au plafond, vous pouvez placer beaucoup plus de boîtes.
Nouveau de Chine
Université pédagogique du nord-estComme nous l'avons déjà compris, il y a beaucoup de gens qui veulent créer leur propre HVD. Chacune des entreprises recherchant cette technologie apporte quelque chose de nouveau à son développement global. Je ne veux pas me tenir à l'écart et les scientifiques de la Northeast Normal University (Northeastern Pedagogical University). Ils ont réussi à développer un nouveau type de film qui servira de référentiel d'images holographiques (c'est-à-dire de données). Un tel support aura une densité de données élevée, une excellente vitesse de lecture / écriture et pourra survivre à des changements dramatiques dans l'environnement. En outre, ils ont également réussi à faire face au problème de la fragilité des milieux holographiques due à l'exposition aux rayons ultraviolets.
Le processus de fabrication du prototype
La principale substance utilisée dans les études était l'octaédrite - l'une des modifications polymorphes du TiO
2 (oxyde de titane). La base en verre est recouverte d'un mélange de nanoparticules d'oxyde de titane (0,4 mol / L) et du copolymère bloc PEO20-PP070-PPO20 (20 g / L). Ensuite, la base est immergée dans un mélange d'eau et d'éthanol (en proportions égales) obtenu par la méthode sol-gel. Le taux d'élimination était de 2 cm / s, ce qui était nécessaire pour créer un film d'oxyde de titane uniforme, transparent et lisse. En outre, pour éliminer les polymères, le film a été calciné à une température de 450 ° C pendant 1 heure.
L'étape suivante était l'immersion d'un film nanoporeux d'oxyde de titane dans une solution de phosphofungstate (concentration - 0,016 mol / l) pendant 5 heures. Un processus aussi long est nécessaire pour que les molécules d'acide soient absorbées avec succès par la surface du film.
Représentation schématique du processus de création d'un prototype de film nanoporeuxLe film résultant a été immergé dans un mélange de nitrate d'argent 0,01 M (AgNO
3 ) - 49 ml et d'éthanol - 1 ml. Des nanopores d'argent ont été déposés sur un film (oxyde de titane avec des molécules d'acide phosphofungstène) lors d'une irradiation UV à température ambiante pendant 20 minutes. La dernière étape consistait à laver le film dans de l'eau déionisée et à irradier avec des UV pendant 5 minutes pour réduire les ions Ag + résiduels.
Pendant l'irradiation ultraviolette, l'échantillon est devenu gris brun, ce qui est dû à l'absorption localisée de la résonance plasmonique de surface des nanopores d'argent déposés. Les propriétés optiques et la morphologie des nanostructures de l'échantillon ont été obtenues à l'aide d'un spectroscope UV UV-2600 et d'un microscope électronique à balayage.
Expérience photoélectrochimique
Cette expérience a été réalisée à température ambiante à l'aide d'un potentiostat (un appareil pour surveiller automatiquement le potentiel de l'électrode et supporter sa valeur prédéterminée). Pour l'expérience, une configuration standard à trois électrodes a été utilisée:
- électrode de travail en verre à l'oxyde d'étain;
- Ag / AgCl (électrode de chlorure d'argent) - électrode de référence;
- le noir de platine est la contre-électrode.
L'éclairage était assuré par une lampe au xénon Hayashi LA-410 avec une intensité lumineuse de 20 mW / cm
2 . Les mesures ont été effectuées dans un électrolyte de Na
2 SO
4 0,5 M (sulfate de sodium) avec un pH de 5,8.
Processus d'enregistrement holographique
Le réseau de diffraction a été enregistré en utilisant un faisceau laser cohérent polarisé s (532 nm, 714 mW / cm
2 ). L'angle d'intersection des rayons d'enregistrement a été fixé à 10 degrés. La densité de puissance des faisceaux d'écriture était la même et était de 57 mW / cm
2 . Un laser rouge générant une lumière polarisée s à 671 nm a été utilisé pour surveiller la dynamique du réseau holographique. Une densité de puissance de 671 nm du laser a été fixée à 7 mW / cm
2 pour minimiser l'effet destructeur du rayonnement de lecture, ce qui conduit à des réactions photochimiques. Le signal diffracté du premier ordre a été enregistré sur une photodiode couplée à un ordinateur. L'efficacité de diffraction des réseaux holographiques peut être définie comme le rapport des intensités du faisceau de diffraction du premier ordre et du faisceau incident après avoir traversé l'échantillon.
Apparence du systèmeDe plus, l'un des faisceaux d'écriture a été élargi après le filtre spatial, collimaté pour passer à travers le masque et focalisé au centre du film nanocomposite Ag / PW
12 / TiO
2 . Un autre faisceau était dirigé dans la même direction que celui de référence. Des images holographiques reconstruites ont été collectées à l'aide d'une caméra vidéo CMOS. Un laser rouge (671 nm) a été utilisé comme test pour lire une image holographique.
Un schéma simplifié du réglage optique d'un enregistrement holographique, où:
M - miroir - miroir;
BS - séparateur de faisceau - séparateur de faisceau;
F est la lentille;
BE - expanseur de faisceau - extenseur de faisceau;
PD - photodiode - photodiode;
Échantillon - échantillon;
Masque - masque.Résultats des tests
Dans les mains du chercheur se trouve le même échantillon qui a été utilisé dans les testsVous trouverez ci-dessous des graphiques et des images des résultats du test avec une description. Pour une étude plus détaillée, je vous recommande de lire le rapport du groupe de recherche, que vous trouverez par
référence ou ce
lien (document PDF) .
Morphologie du film et spectres d'absorption ultraviolette
Image n ° 3Les images
(a) et
(c) montrent des images MEB de surface et transversales d'un film d'oxyde de titane avec des molécules d'acide phosphofungstène (PW
12 ). Et dans les images
(b) et
(d), un film d'oxyde de titane sans composants supplémentaires. L'épaisseur de chacun des échantillons est de 620 nm. Un échantillon avec PW12 montre une distribution de nanopores d'argent significativement plus faible (environ 14,7 nm) qu'un échantillon sans PW
12 (environ 21,2 nm). Cette différence peut être due à l'inhibition de l'agrégation des nanopores d'argent sous l'influence du rayonnement UV.
En utilisant des accepteurs, les nanopores d'argent plasmonique (moins de 30 nm) occupent environ 98% de la fraction volumique, ce qui est un très bon indicateur pour atteindre un haut niveau d'efficacité et de vitesse de photochromisme
(e) . Et des nanopores d'argent plus largement distribués (de 4 à 52 nm) ont été obtenus par contact direct de ce métal avec un film d'oxyde de titane
(f) .
De plus, la concentration de nanopores dans le film Ag / PW
12 / TiO
2 est de 7,94 ~ ~ 109 / cm
2 , ce qui est inférieur à celle du film Ag / TiO
2 (~ 9,42 ~ ~ 109 / cm
2 ).
Image n ° 4:
(a) Schéma montrant une diminution des nanopores d'argent dans les films PW 12 TiO 2 et TiO 2 due à l'exposition aux UV.
(b) Spectroscopie d'un film Ag / PW 12 / TiO 2 et d'un film Ag / TiO 2 sur un substrat en verre (base) dans la gamme UV.Entre autres choses, l'utilisation de PW
12 fournit des canaux de transport électroniques supplémentaires dans les processus de dépôt photocatalytique et de transfert d'électrons
(a) . Les électrons photogénérés de TiO
2 sont distribués et certains d'entre eux peuvent être transférés à PW
12 sous excitation UV, ce qui ralentit efficacement le dépôt de nanopores d'argent. L'effet de retard testé dans les spectres d'absorption UV de l'échantillon Ag / PW
12 / TiO
2 était d'environ 0,95 et celui de l'échantillon Ag / TiO2 était d'environ 1,38
(b) .
Image n ° 5:
a) Un balayage linéaire des voltammogrammes d'électrons PW 12 / TiO 2 et d'électrons TiO 2 (balayage à une vitesse de 10 mV / s). L'encart (coin inférieur droit) montre les résultats du test dans l'obscurité.
(b) Processus de transition électronique dans un film Ag / PW 12 / TiO 2 lorsqu'il est exposé au rayonnement UV.Modulation du photochromisme réversible
Image 6: Absorption différentielle des films Ag / PW 12 / TiO 2 (a) et Ag / TiO 2
(b) irradiés alternativement avec de la lumière verte (532 nm, 57 mW / cm 2 ) et un rayonnement UV (360 nm, 71 mW / cm 2 ). Modifications de l'absorption de Ag / PW 12 / TiO 2 © et Ag / TiO 2 (d) lors d'une exposition alternée au rayonnement vert et UV.
Image n ° 7: Efficacité de diffraction du premier ordre des réseaux holographiques dans un film Ag / PW 12 / TiO 2 (a) et dans un film Ag / TiO 2 (b) lorsqu'ils sont exposés à (s + s) faisceau vert (enregistrement) et faisceau UV (effacement) ) pendant quatre cycles.Résultats des chercheurs
L'utilisation de la technologie holographique vous permet d'écrire et de lire des millions d'octets à la fois, ce qui est plusieurs fois plus rapide que lorsque vous utilisez des supports de stockage optiques et magnétiques. Un autre avantage important de cette technologie est l'enregistrement de données sous forme tridimensionnelle, ce qui vous permet de stocker plus de données sur un support dont la taille réelle n'augmente pas. C'est en quelque sorte l'utilisation la plus efficace de l'espace.
Le plus gros problème est les effets nocifs du rayonnement UV, qui efface les données des médias. Cependant, les chercheurs ont réussi à faire face à cette difficulté. C'est à cette fin que des matériaux tels que l'argent et l'oxyde de titane ont été utilisés. À l'aide d'un laser, les particules d'argent ont été converties en cations d'argent avec une charge positive en raison d'électrons supplémentaires.
L'un des chercheurs,
Shencheng Fu , dit ceci à ce sujet:
Nous avons constaté que le rayonnement UV peut effacer les données car il provoque le déplacement des électrons d'un film semi-conducteur vers des nanoparticules métalliques, provoquant la même conversion de photons qu'un laser. L'introduction d'électrons qui «attirent» les molécules a conduit certains électrons à passer du semi-conducteur à ces molécules, réduisant les propriétés d'effacement du rayonnement UV et créant un support de stockage de données haute densité écologiquement durable.
L'importance des nanopores réside dans leur capacité à permettre aux nanoparticules, aux molécules attirant les électrons et aux semi-conducteurs d'interagir les uns avec les autres. Et la taille incroyablement petite des molécules qui attirent les électrons leur permet de se fixer à l'intérieur des pores sans affecter leur structure. Les dimensions finales du film n'étaient que de 620 nanomètres d'épaisseur.
Les résultats des tests ont montré que les données peuvent être enregistrées sur un nouveau film même avec une exposition constante au rayonnement UV. Et l'utilisation de molécules qui attirent les électrons forme de nombreux chemins de transfert d'électrons, ce qui a amélioré la réponse du matériau aux faisceaux laser. Et cela, respectivement, signifie une augmentation de la vitesse d'enregistrement des données. Quant à la vitesse de lecture des données, selon les scientifiques, elle est d'environ 1 Go / s.
Les mots de Shencheng Fu:
L'utilisation de métaux nobles, tels que l'argent, dans le domaine du stockage optique est généralement considérée comme un milieu à réponse lente. Nous avons démontré que l'utilisation de flux de transfert d'électrons augmente la vitesse de la réponse optique des particules, tout en préservant d'autres qualités de ces particules utiles pour le stockage des données.
La prochaine étape de l'étude de cette technologie consistera à tester la stabilité de l'environnement à l'extérieur du laboratoire, pour ainsi dire en plein air.
Épilogue
Les chercheurs croient en leur innovation. Et pas en vain, car ils ont réussi à faire face à un problème qui existait depuis de nombreuses années - les effets nocifs des rayons UV. Quel est l'intérêt d'un support d'informations holographiques, s'il ne peut être utilisé que dans l'obscurité, grosso modo. Malgré leurs succès, les scientifiques disent que l'utilisation de leurs développements nécessitera la création de lecteurs d'un nouveau type de média. Et cela prendra beaucoup de temps et encore plus d'efforts.
En tout cas, comme nous le savons déjà parfaitement, toute recherche (particulièrement réussie) a un effet positif considérable sur le développement de la technologie en tant que telle. Attendre dans un avenir proche des supports holographiques futuristes de la taille d'une assiette de chewing-gum n'en vaut certainement pas la peine. Cependant, comme nous nous en souvenons, il y a 15 ans, personne n'aurait cru qu'il y aurait à l'avenir des lecteurs flash dont le volume serait mesuré non pas en mégaoctets, mais en téraoctets.
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