Sejak dahulu kala, seseorang dengan beberapa informasi telah berusaha melestarikannya. Alasannya adalah keinginan untuk menggunakan kembali informasi ini atau keinginan untuk meneruskannya kepada generasi mendatang. Dalam kasus apa pun, untuk menyimpan informasi, sebuah "wadah" diperlukan di mana ia akan disimpan. Pembawa informasi semacam itu adalah batu, tempat orang-orang kuno menggambarkan berbagai peristiwa dari kehidupan mereka (perburuan, kehidupan, pengamatan dunia, dll.). Sekarang kita telah melangkah jauh dari gambar-gambar di bebatuan. Disk optik, HDD, SDD, memori flash, dan media lain telah menjadi hal yang sangat biasa bagi kami. Namun, apa yang dapat Anda katakan tentang penggunaan teknologi holografik untuk menyimpan informasi? Metode non-standar ini bukanlah hal baru, tetapi hanya baru-baru ini, para ilmuwan mampu memecahkan masalah mendasar yang mencegah teknologi ini bergerak dari teori ke praktik. Apa masalah ini, bagaimana itu diselesaikan dan haruskah kita mengharapkan revolusi di bidang penyimpanan data? Kami akan mencoba menjawab pertanyaan ini dan pertanyaan lainnya hari ini. Ayo pergi.
Sejarah Singkat HVD
HVD (atau Holographic Versatile Disc) adalah disc multi-tujuan holografik. Kembali pada tahun 1963, Peter van Heerden, seorang ilmuwan di Polaroid, mengusulkan metode "penyimpanan massal" data. Sejak itu, banyak perusahaan telah berkembang di bidang ini.
HVD dan DVDPada tahun 2000, Sony mengumumkan pengembangan UDO (Ultra Density Optical - media optik dengan kepadatan data tinggi), yang dapat menyimpan sekitar 30 GB. Sudah pada 2007, format ditingkatkan ke UDO2 dengan jumlah informasi yang disimpan hingga 60 GB.
Pada tahun 2006, Perusahaan Menengah Baru memperkenalkan kepada publik format baru dan revolusioner - HD VMD. Setelah 2 tahun, penjualan pertama dimulai.
Pemain Usaha Menengah Baru untuk VMDNamun, seperti yang kita tahu, rak media holografik toko elektronik tidak berserakan sejauh ini. Dan untuk itu ada alasan tentang hal itu nanti.
Prinsip Teknologi VMD
Representasi skematis dari lapisan disk dan efek sinar laser pada mereka (Sumber: en.wikipedia.org) :
- 1 - baca / tulis laser hijau (532 nm);
- 2 - laser pemosisian / indeks merah (650 nm);
- 3 - hologram (data);
- 4 - lapisan polikarbonat;
- 5 - lapisan photopolimeric (photopolimeric) dengan data;
- 6 - lapisan pemisah (Distans layers);
- 7 - lapisan yang memantulkan warna hijau (lapisan Dichroic);
- 8 - lapisan aluminium memantulkan cahaya merah; 9 - dasar transparan; P - relung (lubang)
Hal pertama yang menarik perhatian Anda adalah kehadiran dua laser - hijau dan merah. Informasi direkam dalam bentuk gambar holografik karena hubungan kedua sinar ini (karena koherensinya). Sinar hijau adalah rujukan dan tidak mengandung data. Sinar merah melewati modulator optik yang mengubah karakteristik balok. Ketika dua balok berpotongan, gambar holografik terbentuk di zona interferensi. Sebagai hasilnya, kita dapat menyimpan data dalam bentuk tiga dimensi, dan bukan dalam bentuk dua dimensi, seperti halnya dengan media optik konvensional.
* Contoh kasar :
Bayangkan ada ruangan yang perlu diisi dengan kotak. Jika Anda menempatkannya di area lantai, maka kotak-kotak akan muat jauh lebih sedikit. Dan jika Anda menggunakan seluruh ruang dari lantai ke langit-langit, Anda dapat menempatkan lebih banyak kotak.
Baru dari China
Universitas Pedagogis Timur LautSeperti yang sudah kita pahami, ada banyak orang yang ingin membuat HVD mereka sendiri. Setiap perusahaan yang meneliti teknologi ini membawa sesuatu yang baru bagi pengembangannya secara keseluruhan. Tidak ingin berdiri di samping dan para ilmuwan dari Northeast Normal University (Northeastern Pedagogical University). Mereka berhasil mengembangkan jenis film baru yang akan berfungsi sebagai tempat penyimpanan gambar holografik (yaitu, data). Media seperti itu akan memiliki kepadatan data yang tinggi, kecepatan baca / tulis yang sangat baik dan akan mampu bertahan dari perubahan dramatis di lingkungan. Selain itu, mereka juga berhasil mengatasi masalah kerapuhan media holografik akibat paparan radiasi ultraviolet.
Proses pembuatan prototipe
Zat utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah octahedrite - salah satu modifikasi polimorfik TiO
2 (titanium oksida). Basis gelas dilapisi dengan campuran nanopartikel titanium oksida (0,4 mol / L) dan kopolimer blok PEO20-PP070-PPO20 (20 g / L). Selanjutnya, basa direndam dalam campuran air dan etanol (dalam proporsi yang sama) yang diperoleh dengan metode sol-gel. Kecepatan penghilangan adalah 2 cm / s, yang diperlukan untuk membuat film titanium oksida yang seragam, transparan dan halus. Selanjutnya, untuk menghilangkan polimer, film dikalsinasi pada suhu 450 ° C selama 1 jam.
Langkah selanjutnya adalah perendaman film nano oksida titanium oksida dalam larutan fosfofungstat (konsentrasi - 0,016 mol / l) selama 5 jam. Proses yang panjang diperlukan untuk molekul asam agar berhasil diserap oleh permukaan film.
Representasi skematis dari proses pembuatan prototipe film nanoporousFilm yang dihasilkan direndam dalam campuran 0,01 M perak nitrat (AgNO
3 ) - 49 ml dan etanol - 1 ml. Nanopori perak diendapkan pada film (titanium oksida dengan molekul asam fosfofungsten) selama iradiasi UV pada suhu kamar selama 20 menit. Langkah terakhir adalah mencuci film dalam air terdeionisasi dan disinari dengan UV selama 5 menit untuk mengurangi ion Ag + residu.
Selama iradiasi ultraviolet, sampel menjadi coklat-abu-abu, yang disebabkan oleh penyerapan resonansi plasmon permukaan lokal dari nanopori perak yang diendapkan. Sifat-sifat optik dan morfologi dari struktur nano sampel diperoleh dengan menggunakan spektroskop UV-2600 UV dan mikroskop elektron pemindaian.
Eksperimen fotoelektrokimia
Percobaan ini dilakukan pada suhu kamar menggunakan potentiostat (alat untuk secara otomatis memonitor potensial elektroda dan mendukung nilai yang telah ditentukan sebelumnya). Untuk percobaan, konfigurasi standar tiga elektroda digunakan:
- kaca timah oksida - elektroda yang berfungsi;
- Ag / AgCl (elektroda perak klorida) - elektroda referensi;
- platinum black adalah elektroda penghitung.
Pencahayaan disediakan oleh lampu Hayashi LA-410 xenon dengan intensitas cahaya 20 mW / cm
2 . Pengukuran dilakukan dalam elektrolit 0,5 M Na
2 SO
4 (natrium sulfat) dengan tingkat pH 5,8.
Proses perekaman holografik
Kisi difraksi direkam menggunakan sinar laser terpolarisasi s-koheren (532 nm, 714 mW / cm
2 ). Sudut perpotongan sinar rekaman diatur ke 10 derajat. Kepadatan daya balok penulisan adalah sama dan 57 mW / cm
2 . Laser merah yang menghasilkan cahaya terpolarisasi s 671 nm digunakan untuk memantau dinamika kisi holografik. Kepadatan daya 671 nm dari laser ditetapkan pada 7 mW / cm
2 untuk meminimalkan efek destruktif dari radiasi pembacaan, yang mengarah pada reaksi fotokimia. Sinyal orde pertama terdifraksi direkam pada fotodioda yang dipasangkan ke komputer. Efisiensi difraksi dari kisi-kisi holografik dapat didefinisikan sebagai rasio intensitas sinar difraksi orde pertama dan sinar datang setelah melewati sampel.
Penampilan sistemSelain itu, salah satu balok penulisan diperluas setelah filter spasial, berkolaborasi untuk melewati topeng, dan fokus pada pusat film nanokomposit Ag / PW
12 / TiO
2 . Balok lain diarahkan ke arah yang sama dengan yang referensi. Gambar holografik yang direkonstruksi dikumpulkan menggunakan kamera video CMOS. Laser merah (671 nm) digunakan sebagai tes untuk membaca gambar holografik.
Diagram disederhanakan penyesuaian optik dari rekaman holografik, di mana:
M - cermin - cermin;
BS - beam splitter - beam splitter;
F adalah lensa;
BE - beam expande - beam expander;
PD - fotodioda - fotodioda;
Sampel - sampel;
Topeng - topeng.Hasil tes
Di tangan peneliti adalah sampel yang sama yang digunakan dalam pengujianDi bawah ini adalah grafik dan potret hasil pengujian dengan deskripsi. Untuk studi yang lebih rinci, saya sarankan Anda membaca laporan dari grup riset, yang akan Anda temukan dengan
referensi atau
tautan ini
(dokumen PDF) .
Morfologi film dan spektrum serapan ultraviolet
Gambar No. 3Gambar
(a) dan
(c) menunjukkan gambar SEM permukaan dan transversal dari film titanium oksida dengan molekul asam tungsten (PW
12 ). Dan pada gambar
(b) dan
(d), film titanium oksida tanpa komponen tambahan. Ketebalan masing-masing sampel adalah 620 nm. Sampel dengan PW12 menunjukkan distribusi nanopore perak yang jauh lebih rendah (sekitar 14,7 nm) dibandingkan sampel tanpa PW
12 (sekitar 21,2 nm). Perbedaan ini mungkin disebabkan oleh penghambatan agregasi nanopori perak di bawah pengaruh radiasi UV.
Menggunakan akseptor, nanopori perak plasmonik (kurang dari 30 nm) menempati sekitar 98% fraksi volume, yang merupakan indikator yang sangat baik untuk mencapai tingkat efisiensi tinggi dan kecepatan fotochromism
(e) . Dan nanopori perak yang didistribusikan secara luas (dari 4 hingga 52 nm) diperoleh melalui kontak langsung logam ini dengan film titanium oksida
(f) .
Selain itu, konsentrasi nanopori dalam film Ag / PW
12 / TiO
2 adalah 7,94 ~ ~ 109 / cm
2 , yang lebih rendah daripada film Ag / TiO
2 (~ 9,42 ~ ~ 109 / cm
2 ).
Gambar No. 4:
(a) Skema yang menunjukkan penurunan nanopori perak dalam film PW 12 TiO 2 dan TiO 2 karena paparan UV.
(B) Spektroskopi film Ag / PW 12 / TiO 2 dan film Ag / TiO 2 pada substrat kaca (basis) dalam kisaran UV.Antara lain, penggunaan PW
12 menyediakan saluran transportasi elektronik tambahan dalam proses deposisi fotokatalitik dan transfer elektron
(a) . Elektron fotogenerasi dari TiO
2 didistribusikan, dan beberapa di antaranya dapat ditransfer ke PW
12 dengan eksitasi UV, yang secara efektif memperlambat pengendapan nanopori perak. Efek penundaan diuji dalam spektrum serapan UV sampel Ag / PW
12 / TiO
2 adalah ~ 0,95, dan bahwa sampel Ag / TiO2 sekitar ~ 1,38
(b) .
Gambar No. 5:
(a) Pemindaian linear voltammogram elektron PW 12 / TiO 2 dan elektron TiO 2 (pemindaian pada kecepatan 10 mV / s). Inset (sudut kanan bawah) menunjukkan hasil tes dalam gelap.
(B) Proses transisi elektron dalam film Ag / PW 12 / TiO 2 ketika terkena radiasi UV.Modulasi fotokromisme reversibel
Gambar 6: Penyerapan diferensial film Ag / PW 12 / TiO 2 (a) dan Ag / TiO 2
(B) disinari secara bergantian dengan lampu hijau (532 nm, 57 mW / cm 2 ) dan radiasi UV (360 nm, 71 mW / cm 2 ). Perubahan dalam penyerapan Ag / PW 12 / TiO 2 © dan Ag / TiO 2 (d) setelah terpapar paparan radiasi hijau dan UV.
Gambar No. 7: Efisiensi difraksi orde pertama kisi holografik dalam film Ag / PW 12 / TiO 2 (a) dan dalam film Ag / TiO 2 (b) saat terpapar sinar hijau (rekaman) dan sinar UV (penghapusan) ) selama empat siklus.Temuan Peneliti
Menggunakan teknologi holografik memungkinkan Anda untuk menulis dan membaca jutaan byte sekaligus, yang beberapa kali lebih cepat daripada saat menggunakan media penyimpanan optik dan magnetik. Keuntungan penting lain dari teknologi ini adalah perekaman data dalam bentuk tiga dimensi, yang memungkinkan Anda untuk menyimpan lebih banyak data pada media yang ukuran sebenarnya tidak bertambah. Ini, dengan cara tertentu, penggunaan ruang yang paling efisien.
Masalah terbesar adalah efek berbahaya dari radiasi UV, yang klise menghapus data dari media. Namun, para peneliti berhasil mengatasi kesulitan ini. Untuk tujuan inilah bahan-bahan seperti perak dan titanium oksida digunakan. Menggunakan laser, partikel perak diubah menjadi kation perak dengan muatan positif karena elektron tambahan.
Salah satu peneliti,
Shencheng Fu , mengatakan yang berikut tentang ini:
Kami menemukan bahwa radiasi UV dapat menghapus data karena menyebabkan elektron berpindah dari film semikonduktor ke nanopartikel logam, menyebabkan konversi foton yang sama dengan laser. Pengenalan elektron yang "menarik" molekul telah menyebabkan beberapa elektron mentransfer dari semikonduktor ke molekul-molekul ini, mengurangi sifat penghapusan radiasi UV dan menciptakan media penyimpanan data kepadatan tinggi yang ramah lingkungan.
Pentingnya nanopori terletak pada kemampuannya untuk memungkinkan nanopartikel, molekul penarik elektron, dan semikonduktor untuk saling berinteraksi. Dan ukuran molekul yang sangat kecil yang menarik elektron memungkinkan mereka untuk menempel di dalam pori-pori tanpa mempengaruhi strukturnya. Dimensi akhir film ini hanya setebal 620 nanometer.
Hasil tes menunjukkan bahwa data dapat direkam pada film baru bahkan dengan paparan radiasi UV yang konstan. Dan penggunaan molekul yang menarik elektron membentuk banyak jalur transfer elektron, yang meningkatkan respons material terhadap sinar laser. Dan ini, masing-masing, berarti peningkatan kecepatan perekaman data. Adapun kecepatan membaca data, menurut para ilmuwan, itu sekitar 1 GB / s.
Kata-kata Shencheng Fu:
Penggunaan logam mulia, seperti perak, di bidang penyimpanan optik biasanya dianggap sebagai media respons lambat. Kami telah menunjukkan bahwa penggunaan aliran transfer elektron meningkatkan kecepatan respons optik partikel, sambil menjaga kualitas lain dari partikel ini yang berguna untuk menyimpan data.
Langkah selanjutnya dalam studi teknologi ini akan menguji stabilitas lingkungan di luar laboratorium, sehingga untuk berbicara di tempat terbuka.
Epilog
Para peneliti percaya pada inovasi mereka. Dan tidak sia-sia, karena mereka berhasil mengatasi masalah yang telah ada selama bertahun-tahun - efek berbahaya dari radiasi UV. Apa gunanya dalam pembawa informasi holografik, jika hanya dapat digunakan dalam gelap, secara kasar. Terlepas dari keberhasilan mereka, para ilmuwan mengatakan bahwa menggunakan perkembangan mereka akan membutuhkan penciptaan pembaca jenis media baru. Dan itu akan membutuhkan banyak waktu dan bahkan lebih banyak usaha.
Bagaimanapun, seperti yang telah kita ketahui dengan baik, penelitian apa pun (terutama yang begitu sukses) memiliki efek positif yang luar biasa pada pengembangan teknologi. Menunggu dalam waktu dekat untuk media holografis futuristik ukuran piring permen kunyah tentu belum sepadan. Namun, seperti yang kita ingat, sejak 15 tahun yang lalu tidak ada yang akan percaya bahwa di masa depan akan ada flash drive yang volumenya akan diukur bukan dalam megabyte, tetapi dalam terabyte.
Terima kasih telah tinggal bersama kami. Apakah Anda suka artikel kami? Ingin melihat materi yang lebih menarik? Dukung kami dengan melakukan pemesanan atau merekomendasikannya kepada teman-teman Anda,
diskon 30% untuk pengguna Habr pada analog unik dari server entry-level yang kami temukan untuk Anda: Seluruh kebenaran tentang VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps dari $ 20 atau bagaimana membagi server? (opsi tersedia dengan RAID1 dan RAID10, hingga 24 core dan hingga 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 kali lebih murah? Hanya kami yang memiliki
2 x Intel Dodeca-Core Xeon E5-2650v4 128GB DDR4 6x480GB SSD 1Gbps 100 TV dari $ 249 di Belanda dan Amerika Serikat! Baca tentang
Cara Membangun Infrastruktur Bldg. kelas menggunakan server Dell R730xd E5-2650 v4 seharga 9.000 euro untuk satu sen?