होलोग्राफिक डेटा स्टोरेज तकनीक में यूवी की समस्या का समाधान

पुराने समय से, कुछ जानकारी वाले व्यक्ति ने इसे संरक्षित करने की कोशिश की है। इसका कारण इस जानकारी का पुन: उपयोग करने की इच्छा या इसे भावी पीढ़ियों को पारित करने की इच्छा हो सकती है। किसी भी मामले में, जानकारी को बचाने के लिए, एक "कंटेनर" की आवश्यकता होती है जहां इसे संग्रहीत किया जाएगा। पहली ऐसी सूचना वाहक चट्टानें थीं, जिन पर प्राचीन लोगों ने अपने जीवन (शिकार, जीवन, दुनिया की टिप्पणियों आदि) से विभिन्न घटनाओं का चित्रण किया था। अब हम चट्टानों पर बने चित्रों से दूर निकल आए हैं। ऑप्टिकल डिस्क, एचडीडी, एसडीडी, फ्लैश मेमोरी और अन्य मीडिया हमारे लिए बिल्कुल सामान्य चीजें बन गए हैं। हालांकि, सूचनाओं को संग्रहीत करने के लिए होलोग्राफिक प्रौद्योगिकियों के उपयोग के बारे में आप क्या कह सकते हैं? यह गैर-मानक विधि नई नहीं है, लेकिन केवल हाल ही में, वैज्ञानिक उस मूलभूत समस्या को हल करने में सक्षम थे जिसने इस तकनीक को सिद्धांत से अभ्यास करने से रोका। यह समस्या क्या है, इसे कैसे हल किया गया और क्या हमें डेटा स्टोरेज के क्षेत्र में क्रांति की उम्मीद करनी चाहिए? हम आज इन और अन्य सवालों के जवाब देने की कोशिश करेंगे। चलो चलते हैं।

एचवीडी का एक संक्षिप्त इतिहास

एचवीडी (या होलोग्राफिक वर्सटाइल डिस्क) एक होलोग्राफिक बहुउद्देश्यीय डिस्क है। 1963 में वापस, पोलरॉइड के एक वैज्ञानिक, पीटर वैन हीरडेन ने डेटा के "बल्क स्टोरेज" की एक विधि प्रस्तावित की। तब से, कई कंपनियां इस क्षेत्र में विकास कर रही हैं।


एचवीडी और डीवीडी

2000 में, सोनी ने UDO (अल्ट्रा डेंसिटी ऑप्टिकल - उच्च मीडिया घनत्व वाले ऑप्टिकल मीडिया) के विकास की घोषणा की, जो लगभग 30 जीबी स्टोर कर सकता था। पहले से ही 2007 में, प्रारूप को 60 जीबी तक संग्रहीत जानकारी की मात्रा के साथ यूडीओ 2 में अपग्रेड किया गया था।

2006 में, न्यू मीडियम एंटरप्राइजेज ने जनता को एक नया और क्रांतिकारी प्रारूप पेश किया - एचडी वीएमडी। 2 साल बाद, पहली बिक्री शुरू हुई।


VMD के लिए नए मध्यम उद्यम खिलाड़ी

हालाँकि, जैसा कि हम जानते हैं, होलोग्राफिक मीडिया अलमारियों के इलेक्ट्रॉनिक्स स्टोर अब तक फिसड्डी नहीं हैं। और उसके लिए कारण हैं जिनके बारे में थोड़ी देर बाद।

VMD प्रौद्योगिकी का सिद्धांत

डिस्क परतों के योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व और उन पर लेजर बीम के प्रभाव (स्रोत: en.wikipedia.org) :

• 1 - ग्रीन लेजर रीड / राइट (532 एनएम);
• 2 - लाल स्थिति / सूचकांक लेजर (650 एनएम);
• 3 - होलोग्राम (डेटा);
• 4 - पॉली कार्बोनेट परत;
• 5 - डेटा के साथ फोटोपोलिमेरिक (फोटोपोलिमेरिक) परत;
• 6 - अलग करने वाली परत (दूर परतें);
• 7 - एक परत जो हरे रंग को दर्शाती है (डाइक्रिक परत);
• 8 - एल्यूमीनियम परत लाल बत्ती को दर्शाती है; 9 - एक पारदर्शी आधार; पी - अवकाश (गड्ढे)

आपकी आंख को पकड़ने वाली पहली चीज दो लेज़रों की उपस्थिति है - हरे और लाल। इन दो किरणों के जुड़ाव (उनके सुसंगत होने के कारण) के कारण होलोग्राफिक छवि के रूप में जानकारी दर्ज की जाती है। हरे रंग की किरण संदर्भ है और इसमें डेटा नहीं है। लाल बीम एक ऑप्टिकल मॉड्यूलेटर से गुजरता है जो बीम की विशेषताओं को बदलता है। जब दो बीम प्रतिच्छेद करते हैं, तो हस्तक्षेप क्षेत्र में एक होलोग्राफिक छवि बनाई जाती है। नतीजतन, हम डेटा को तीन-आयामी रूप में संग्रहीत कर सकते हैं, और दो-आयामी रूप में नहीं, जैसा कि पारंपरिक ऑप्टिकल मीडिया के मामले में है।



* एक मोटा उदाहरण : कल्पना करें कि एक कमरा है जिसे बक्से से भरना होगा। यदि आप उन्हें फर्श क्षेत्र पर रखते हैं, तो बक्से बहुत कम फिट होंगे। और यदि आप फर्श से छत तक पूरे स्थान का उपयोग करते हैं, तो आप बहुत अधिक बक्से रख सकते हैं।

चीन से नया

पूर्वोत्तर पेडागोगिकल विश्वविद्यालय

जैसा कि हम पहले ही समझ चुके हैं, ऐसे बहुत से लोग हैं जो अपना खुद का एचवीडी बनाना चाहते हैं। इस तकनीक पर शोध करने वाली प्रत्येक कंपनी अपने समग्र विकास में कुछ नया करती है। नार्थईस्ट नॉर्मल यूनिवर्सिटी (नॉर्थईस्टर्न पेडागोगिकल यूनिवर्सिटी) के वैज्ञानिक और एक तरफ खड़े होना नहीं चाहते। वे एक नए प्रकार की फिल्म विकसित करने में कामयाब रहे जो होलोग्राफिक छवियों (यानी, डेटा) के भंडार के रूप में काम करेगी। इस तरह के एक माध्यम में एक उच्च डेटा घनत्व, उत्कृष्ट पढ़ने / लिखने की गति होगी और पर्यावरण में नाटकीय परिवर्तन से बचने में सक्षम होगा। इसके अलावा, वे पराबैंगनी विकिरण के संपर्क के कारण होलोग्राफिक मीडिया की नाजुकता की समस्या से निपटने में भी कामयाब रहे।

प्रोटोटाइप निर्माण प्रक्रिया

अध्ययनों में इस्तेमाल किया जाने वाला मुख्य पदार्थ ऑक्टाहेड्राइट था - टीआईओ ₂ (टाइटेनियम ऑक्साइड) के बहुरूपी संशोधनों में से एक। ग्लास बेस टाइटेनियम ऑक्साइड (0.4 mol / l) के नैनोकणों और ब्लॉक कॉपोलीमर PEO20-PP070-PPO20 (20 g / l) के मिश्रण के साथ लेपित है। इसके बाद, बेस को पानी और इथेनॉल के मिश्रण में डुबोया जाता है (समान अनुपात में) सोल-जेल विधि द्वारा प्राप्त किया जाता है। हटाने की दर 2 सेमी / एस थी, जो एक समान, पारदर्शी और चिकनी टाइटेनियम ऑक्साइड फिल्म बनाने के लिए आवश्यक थी। इसके अलावा, पॉलिमर को हटाने के लिए, फिल्म को 1 घंटे के लिए 450 ° C के तापमान पर शांत किया गया।

अगला चरण 5 घंटे के लिए फॉस्फोफंगस्टेट (एकाग्रता - 0.016 मोल / लीटर) के घोल में टाइटेनियम ऑक्साइड की एक नैनोपोरस फिल्म का विसर्जन था। एसिड के अणुओं को फिल्म की सतह द्वारा सफलतापूर्वक अवशोषित करने के लिए इतनी लंबी प्रक्रिया आवश्यक है।


एक प्रोटोटाइप नैनोपोरस फिल्म बनाने की प्रक्रिया का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व

परिणामस्वरूप फिल्म 0.01 एम सिल्वर नाइट्रेट (एग्नो ₃ ) - 49 मिलीलीटर और इथेनॉल - 1 मिलीलीटर के मिश्रण में डूबा हुआ था। 20 मिनट के लिए कमरे के तापमान पर यूवी विकिरण के दौरान सिल्वर नैनोपोर्स को फ़ॉस्फ़ॉन्गस्टन एसिड एसिड के साथ एक फिल्म (टाइटेनियम ऑक्साइड) पर जमा किया गया था। अंतिम चरण अवशिष्ट Ag + आयनों को कम करने के लिए 5 मिनट के लिए विआयनीकृत पानी में यूवी के साथ फिल्म को धो रहा था और विकिरण कर रहा था।

पराबैंगनी विकिरण के दौरान, नमूना भूरा-ग्रे हो गया, जो जमा चांदी के नैनोपोर्स के सतह प्लासमोन प्रतिध्वनि के स्थानीयकृत अवशोषण के कारण है। नमूने के नैनोसंरचना के ऑप्टिकल गुण और आकारिकी एक यूवी -2600 यूवी स्पेक्ट्रोस्कोप और एक स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग करके प्राप्त किए गए थे।

प्रकाश-रासायनिक प्रयोग

यह प्रयोग कमरे के तापमान पर एक पोटेंशियोस्टैट (स्वचालित रूप से इलेक्ट्रोड क्षमता की निगरानी करने और इसके पूर्व निर्धारित मूल्य का समर्थन करने के लिए एक उपकरण) का उपयोग करके किया गया था। प्रयोग के लिए, एक मानक तीन-इलेक्ट्रोड कॉन्फ़िगरेशन का उपयोग किया गया था:

• टिन ऑक्साइड ग्लास - इलेक्ट्रोड काम;
• Ag / AgCl (सिल्वर क्लोराइड इलेक्ट्रोड) - संदर्भ इलेक्ट्रोड;
• प्लैटिनम ब्लैक काउंटर इलेक्ट्रोड है।

20 एमएडब्ल्यू / सेमी ² की हल्की तीव्रता के साथ एक हयाशी एलए-410 एक्सन दीपक द्वारा प्रकाश प्रदान किया गया था। मापन 5.8 के पीएच स्तर के साथ 0.5 M Na ₂ SO ₄ (सोडियम सल्फेट) के एक इलेक्ट्रोलाइट में किया गया था।

होलोग्राफिक रिकॉर्डिंग प्रक्रिया

विवर्तन झंझरी एक सुसंगत s- ध्रुवीकृत लेजर बीम (532 एनएम, 714 mW / सेमी ² ) का उपयोग करके दर्ज किया गया था। रिकॉर्डिंग किरणों के प्रतिच्छेदन का कोण 10 डिग्री पर सेट किया गया था। लेखन बीम का शक्ति घनत्व समान था और 57 mW / सेमी ^{2 था} । होलोग्राफिक झंझरी की गतिशीलता पर नजर रखने के लिए एक लाल लेजर जो 671 एनएम एस-ध्रुवीकृत प्रकाश उत्पन्न करता था। रीडआउट विकिरण के विनाशकारी प्रभाव को कम करने के लिए लेजर की 671 एनएम की शक्ति घनत्व 7 mW / सेमी ² पर सेट किया गया था, जो फोटोकैमिकल प्रतिक्रियाओं की ओर जाता है। एक कंप्यूटर पर युग्मित फोटोडायोड पर विचलित प्रथम-क्रम संकेत रिकॉर्ड किया गया था। होलोग्राफिक झंझरी की विवर्तन दक्षता को नमूने के माध्यम से गुजरने के बाद पहले-क्रम विवर्तन बीम और घटना बीम की तीव्रता के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जा सकता है।


सिस्टम उपस्थिति

इसके अलावा, लेखन बीम में से एक का विस्तार स्थानिक फिल्टर के बाद किया गया था, मास्क के माध्यम से पारित करने के लिए टकरा गया, और एजी / पीडब्लू ₁₂ / टीआईओ ₂ नैनोकम्पोसिट फिल्म के केंद्र में केंद्रित था। एक और किरण को संदर्भ के रूप में उसी दिशा में निर्देशित किया गया था। CMOS वीडियो कैमरा का उपयोग करके पुनर्निर्मित होलोग्राफिक चित्र एकत्र किए गए थे। एक लाल लेजर (671 एनएम) एक होलोग्राफिक छवि को पढ़ने के लिए एक परीक्षण के रूप में इस्तेमाल किया गया था।


होलोग्राफिक रिकॉर्डिंग के ऑप्टिकल समायोजन का एक सरल आरेख, जहां:

एम - दर्पण - दर्पण;
बीएस - बीम फाड़नेवाला - किरण फाड़नेवाला;
एफ लेंस है;
बीई - बीम विस्तारक - बीम विस्तारक;
पीडी - फोटोडायोड - फोटोडायोड;
नमूना - नमूना;
मुखौटा - मुखौटा।

परीक्षण के परिणाम

शोधकर्ता के हाथ में वही नमूना है जो परीक्षण में इस्तेमाल किया गया था

नीचे एक विवरण के साथ परीक्षण के परिणामों के ग्राफ़ और स्नैपशॉट हैं। अधिक विस्तृत अध्ययन के लिए, मेरा सुझाव है कि आप अनुसंधान समूह की रिपोर्ट पढ़ें, जिसे आप संदर्भ या इस लिंक (पीडीएफ दस्तावेज़) द्वारा पाएंगे।

फिल्म आकृति विज्ञान और पराबैंगनी अवशोषण स्पेक्ट्रा

चित्र संख्या 3

छवियाँ (ए) और (सी) सतह दिखाते हैं और फास्फोफेनस्ट एसिड एसिड अणु (पीडब्लू ₁₂ ) के साथ टाइटेनियम ऑक्साइड की एक फिल्म की एसईएम छवियों को अनुप्रस्थ करते हैं। और छवियों में (बी) और (डी), अतिरिक्त घटकों के बिना एक टाइटेनियम ऑक्साइड फिल्म। प्रत्येक नमूने की मोटाई 620 एनएम है। PW12 के साथ एक नमूना पीडब्लू ₁₂ (लगभग 21.2 एनएम) के बिना एक नमूना की तुलना में काफी कम चांदी के नैनोपोर वितरण (लगभग 14.7 एनएम) को दर्शाता है। यह अंतर यूवी विकिरण के प्रभाव में चांदी के नैनोकणों के एकत्रीकरण के निषेध के कारण हो सकता है।

स्वीकारकर्ताओं का उपयोग करते हुए, प्लास्मोनिक सिल्वर नैनोपोरस (30 एनएम से कम) मात्रा अंश के लगभग 98% पर कब्जा कर लेता है, जो उच्च स्तर की दक्षता और फोटोचर्मिज़्म गति (ई) को प्राप्त करने के लिए एक बहुत अच्छा संकेतक है। और अधिक व्यापक रूप से वितरित सिल्वर नैनोपोर्स (4 से 52 एनएम तक) टाइटेनियम ऑक्साइड (एफ) की फिल्म के साथ इस धातु के सीधे संपर्क द्वारा प्राप्त किए गए थे।

इसके अलावा, Ag / PW ₁₂ / TiO ₂ फिल्म में नैनोपोर्स की एकाग्रता 7.94 ~ ~ 109 / सेमी ^{2 है} , जो Ag / TiO ₂ फिल्म (~ 9.42 ~ ~ 109 / सेमी ² ) की तुलना में कम है।


चित्र संख्या 4:
(ए) यूवी जोखिम के कारण पीडब्लू _१२ टीआईओ _२ और टीआईओ _२ फिल्मों में चांदी के नैनोपोर्स में कमी दिखाती है।
(बी) यूवी रेंज में एक ग्लास सब्सट्रेट (बेस) पर एक एजी / पीडब्लू _१२ / टीआईओ _२ फिल्म और एक एजी / टीआईओ _२ फिल्म की स्पेक्ट्रोस्कोपी।

अन्य बातों के अलावा, पीडब्लू ₁₂ का उपयोग फोटोकैटलिटिक बयान और इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण (ए) की प्रक्रियाओं में अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनिक परिवहन चैनल प्रदान करता है। TiO ₂ से फोटोजेनरेटेड इलेक्ट्रॉनों _को वितरित किया जाता है, और उनमें से कुछ को यूवी उत्तेजना के तहत PW _{12 में} स्थानांतरित किया जा सकता है, जो प्रभावी रूप से चांदी के नैनोकणों के जमाव को धीमा कर देता है। एजी / पीडब्लू ₁₂ / टीआईओ ₂ नमूने के यूवी अवशोषण स्पेक्ट्रा में परीक्षण में देरी प्रभाव ~ 0.95 था, और एजी / टीआईओ 2 नमूना लगभग ~ 1.38 (बी) था ।


चित्र संख्या 5:
(ए) पीडब्लू _१२ / टीआईओ _२ इलेक्ट्रॉनों और टीआईओ _२ इलेक्ट्रॉनों (१० एमवी / एस की गति से स्कैनिंग ) के वोल्टममोग्राम का एक रैखिक स्कैन। इनसेट (निचला दायां कोना) अंधेरे में परीक्षण के परिणाम दिखाता है।
(बी) यूवी विकिरण के संपर्क में होने पर एक एजी / पीडब्लू _१२ / टीआईओ _२ फिल्म में इलेक्ट्रॉन संक्रमण प्रक्रिया।

प्रतिवर्ती फोटोक्रोमिज्म का मॉड्यूलेशन

छवि 6: एजी / पीडब्लू ₁₂ / टीआईओ ₂ (ए) और एजी / टीआईओ ₂ फिल्मों के विभेदक अवशोषण
(b) वैकल्पिक रूप से हरी रोशनी (532 एनएम, 57 mW / सेमी ² ) और UV विकिरण (360 एनएम, 71 mW / cm ² ) के साथ विकिरणित। हरे और यूवी विकिरण के संपर्क में आने पर Ag / PW ₁₂ / TiO ₂ © और Ag / TiO ₂ (d) के अवशोषण में परिवर्तन।


चित्र संख्या 7: एग / पीडब्लू ₁₂ / टीआईओ ₂ फिल्म (ए) और एओजी / टीआईओ ₂ फिल्म (बी) में होलोग्राफिक झंझरी की पहली-क्रम विवर्तन दक्षता (एस + एस) ग्रीन बीम (रिकॉर्डिंग) और यूवी बीम (इरेज़र) के संपर्क में आने पर ) चार चक्रों के लिए।

शोधकर्ता खोजें

होलोग्राफिक तकनीक का उपयोग करने से आप एक बार में लाखों बाइट्स लिख और पढ़ सकते हैं, जो कि ऑप्टिकल और चुंबकीय चुंबकीय मीडिया का उपयोग करते समय की तुलना में कई गुना तेज है। इस तकनीक का एक अन्य महत्वपूर्ण लाभ तीन-आयामी रूप में डेटा की रिकॉर्डिंग है, जो आपको एक माध्यम पर अधिक डेटा संग्रहीत करने की अनुमति देता है जिसका वास्तविक आकार नहीं बढ़ता है। यह एक तरह से अंतरिक्ष का सबसे कुशल उपयोग है।

सबसे बड़ी समस्या यूवी विकिरण का हानिकारक प्रभाव है, जो कॉर्नियां मीडिया के डेटा को मिटा देती है। हालांकि, शोधकर्ता इस कठिनाई से निपटने में कामयाब रहे। यह इस उद्देश्य के लिए है कि चांदी और टाइटेनियम ऑक्साइड जैसी सामग्री का उपयोग किया गया था। एक लेज़र का उपयोग करके, चांदी के कणों को अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों के कारण धनात्मक आवेश के साथ चांदी के पिंजरों में परिवर्तित किया गया।

शोधकर्ताओं में से एक, शेनचेंग फू , इस बारे में निम्नलिखित कहते हैं:

हमने पाया कि यूवी विकिरण डेटा को मिटा सकता है क्योंकि यह इलेक्ट्रॉनों को सेमीकंडक्टर फिल्म से धातु के नैनोकणों में ले जाने का कारण बनता है, जिससे लेजर के समान फोटॉन रूपांतरण होता है। इलेक्ट्रॉनों की शुरूआत जो "आकर्षित" अणुओं ने कुछ इलेक्ट्रॉनों को अर्धचालक से इन अणुओं में स्थानांतरित करने के लिए प्रेरित किया है, यूवी विकिरण के उन्मूलन गुणों को कम करते हैं और एक पर्यावरणीय रूप से टिकाऊ उच्च घनत्व डेटा भंडारण माध्यम बनाते हैं।

नैनोकणों का महत्व नैनोपार्टिकल्स, इलेक्ट्रॉन-आकर्षित करने वाले अणुओं और एक अर्धचालक को एक-दूसरे के साथ बातचीत करने की अनुमति देने की उनकी क्षमता में निहित है। और इलेक्ट्रॉनों को आकर्षित करने वाले अणुओं का अविश्वसनीय रूप से छोटा आकार उन्हें उनकी संरचना को प्रभावित किए बिना छिद्रों के अंदर संलग्न करने की अनुमति देता है। फिल्म के अंतिम आयाम मोटाई में केवल 620 नैनोमीटर थे।

परीक्षण के परिणामों से पता चला कि यूवी विकिरण के लगातार संपर्क से भी एक नई फिल्म पर डेटा दर्ज किया जा सकता है। और इलेक्ट्रॉनों को आकर्षित करने वाले अणुओं का उपयोग कई इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण पथ बनाता है, जिसने लेजर बीम को सामग्री की प्रतिक्रिया में सुधार किया। और यह, क्रमशः, डेटा रिकॉर्डिंग की गति में वृद्धि का मतलब है। वैज्ञानिकों के अनुसार, डेटा को पढ़ने की गति के लिए, यह लगभग 1 जीबी / एस है।

शेनचेंग फू के शब्द:

ऑप्टिकल भंडारण के क्षेत्र में, चांदी जैसे महान धातुओं का उपयोग आमतौर पर धीमी प्रतिक्रिया वाले माध्यम के रूप में माना जाता है। हमने प्रदर्शित किया है कि इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण धाराओं के उपयोग से कणों की ऑप्टिकल प्रतिक्रिया की गति बढ़ जाती है, जबकि इन कणों के अन्य गुणों को संरक्षित करना जो डेटा भंडारण के लिए उपयोगी होते हैं।

इस तकनीक के अध्ययन में अगला कदम प्रयोगशाला के बाहर पर्यावरणीय स्थिरता का परीक्षण करना होगा, इसलिए खुले में बात करना है।

उपसंहार

शोधकर्ता अपने नवाचार में विश्वास करते हैं। और व्यर्थ में नहीं, क्योंकि वे एक समस्या से निपटने में कामयाब रहे जो कई वर्षों से अस्तित्व में था - यूवी विकिरण के हानिकारक प्रभाव। होलोग्राफिक सूचना वाहक में क्या बात है, अगर इसका उपयोग केवल अंधेरे में, मोटे तौर पर बोलने में किया जा सकता है। उनकी सफलताओं के बावजूद, वैज्ञानिकों का कहना है कि उनके विकास का उपयोग करके एक नए प्रकार के मीडिया के पाठकों के निर्माण की आवश्यकता होगी। और इसमें बहुत समय और अधिक प्रयास लगेगा।

किसी भी मामले में, जैसा कि हम पहले से ही पूरी तरह से अच्छी तरह से जानते हैं, किसी भी शोध (विशेष रूप से इतना सफल) का प्रौद्योगिकी के विकास पर जबरदस्त सकारात्मक प्रभाव पड़ता है। भविष्य के होलोग्राफिक मीडिया के लिए निकट भविष्य की प्रतीक्षा में च्यूइंग गम प्लेट का आकार निश्चित रूप से अभी तक इसके लायक नहीं है। हालांकि, जैसा कि हम याद करते हैं, जैसा कि 15 साल पहले किसी ने भी नहीं माना होगा कि भविष्य में फ्लैश ड्राइव होंगे, जिनकी मात्रा मेगाबाइट में नहीं, बल्कि टेराबाइट्स में मापी जाएगी।

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