Χρησιμοποιώντας τη νανοτεχνολογία, οι ερευνητές έχουν αναπτύξει μια τεχνική για να αυξήσει η χωρητικότητα αποθήκευσης δεδομένων ενός DVD, από το ευτελές 4.7GB σε 1.000 TB.
Ζούμε σ' έναν κόσμο στον οποίο η ψηφιακή πληροφορία αυξάνεται με μεγάλους ρυθμούς. Περίπου το 90% των δεδομένων του κόσμου, δημιουργήθηκε τα τελευταία δύο χρόνια. Το προφανές ερώτημα είναι: πώς μπορούμε να τα αποθυκεύσουμε όλα αυτά;
Επιστήμονες δείχνουν πως μπορούμε να αναπτύξουμε μία νέα τεχνική, ώστε να καταστεί δυνατή η αύξηση της χωρητικότητας των δεδομένων ενός DVD από τα 4,7 Gigabytes στο 1 Petabyte = 1.000 Terabytes. Αυτό είναι ισοδύναμο με βίντεο υψιλής ευκρίνειας (HD) διάρκειας 10,6 χρόνων ή 50.000 ταινίες πλήρους υψηλής ευκρίνειας (full HD).
Επομένως, πώς καταφέραμε να επιτευχθει μία τόσο τεράστια ώθηση στην αποθύκευση δεδομένων; Αρχικά, χρειάζεται να καταλάβουμε πως αποθυκεύονται τα δεδομένα σε οπτικούς δίσκους, όπως τα CDs και τα DVDs.
Τα βασικά της ψηφιακής αποθήκευσης
Αν και οι οπτικοί δίσκοι χρησιμοποιούνται για να μεταφέρουν λογισμικό, ταινίες, παιχνίδια, προσωπικά δεδομένα, και γενικά έχουν μεγάλα πλεονεκτήματα σε σχέση με άλλα μέσα εγγραφής επι παραδείγματι το κόστους, τη μακροζωία και την αξιοπιστία, υστερούν σε άλλους τομείς όπως η χαμηλή ικανότητα αποθήκευσης δεδομένων η οποία είναι σημαντικός περιοριστικός παράγοντας των οπτικών δίσκων.
Η λειτουργία της οπτικής αποθήκευσης είναι μάλλον απλή. Όταν για παράδειγμα κάψεις ένα CD, οι πληροφορίες μετατρέπονται σε στοιχειοσειρές των δυαδικών ψηφίων (0 και 1, που ονομάζεται bits). Για κάθε bit ακολουθεί μία ακτίνα laser που "καίει" το εσωτερικό του δίσκου, χρησιμοποιώντας μία μόνο δέσμη φωτός, με τη μορφή των κουκκίδων.
Η χωρητικότητα αποθήκευσης των οπτικών δίσκων περιορίζεται κυρίως από τις φυσικές διαστάσεις των κουκίδων. Αλλά καθώς υπάρχει ένα όριο για το μέγεθος του δίσκου, καθώς και για το μέγεθος των κουκκίδων, καθηστούν πολλές από τις σημερινές μεθόδους της αποθήκευσης των δεδομένων (όπως τα DVD και Blu-ray) να συνεχίζουν να έχουν χαμηλό επίπεδο στην πυκνότητα αποθήκευσης.
Παρακάμπτοντας το όριο του Abbe
Το 1873, Γερμανός φυσικός Ernst Abbe δημοσίευσε ένα νόμο που περιορίζει το πλάτος της φωτεινής δέσμης.
Με βάση αυτό το νόμο, η διάμετρος d ενός σημείου φωτός, που λαμβάνεται εστιάζοντας μια δέσμη φωτός μέσω ενός φακού, δεν μπορεί να είναι μικρότερη από το μισό του μήκος κύματος λ του φωτός που εστιάζεται (το μήκος κύματος για το ορατό είναι περίπου 500 nm). Άρα μπορούμε να γράψουμε τον εξής τύπο:
Επιστήμονες δείχνουν πως μπορούμε να αναπτύξουμε μία νέα τεχνική, ώστε να καταστεί δυνατή η αύξηση της χωρητικότητας των δεδομένων ενός DVD από τα 4,7 Gigabytes στο 1 Petabyte = 1.000 Terabytes. Αυτό είναι ισοδύναμο με βίντεο υψιλής ευκρίνειας (HD) διάρκειας 10,6 χρόνων ή 50.000 ταινίες πλήρους υψηλής ευκρίνειας (full HD).
Επομένως, πώς καταφέραμε να επιτευχθει μία τόσο τεράστια ώθηση στην αποθύκευση δεδομένων; Αρχικά, χρειάζεται να καταλάβουμε πως αποθυκεύονται τα δεδομένα σε οπτικούς δίσκους, όπως τα CDs και τα DVDs.
Τα βασικά της ψηφιακής αποθήκευσης
Αν και οι οπτικοί δίσκοι χρησιμοποιούνται για να μεταφέρουν λογισμικό, ταινίες, παιχνίδια, προσωπικά δεδομένα, και γενικά έχουν μεγάλα πλεονεκτήματα σε σχέση με άλλα μέσα εγγραφής επι παραδείγματι το κόστους, τη μακροζωία και την αξιοπιστία, υστερούν σε άλλους τομείς όπως η χαμηλή ικανότητα αποθήκευσης δεδομένων η οποία είναι σημαντικός περιοριστικός παράγοντας των οπτικών δίσκων.
Η λειτουργία της οπτικής αποθήκευσης είναι μάλλον απλή. Όταν για παράδειγμα κάψεις ένα CD, οι πληροφορίες μετατρέπονται σε στοιχειοσειρές των δυαδικών ψηφίων (0 και 1, που ονομάζεται bits). Για κάθε bit ακολουθεί μία ακτίνα laser που "καίει" το εσωτερικό του δίσκου, χρησιμοποιώντας μία μόνο δέσμη φωτός, με τη μορφή των κουκκίδων.
Η χωρητικότητα αποθήκευσης των οπτικών δίσκων περιορίζεται κυρίως από τις φυσικές διαστάσεις των κουκίδων. Αλλά καθώς υπάρχει ένα όριο για το μέγεθος του δίσκου, καθώς και για το μέγεθος των κουκκίδων, καθηστούν πολλές από τις σημερινές μεθόδους της αποθήκευσης των δεδομένων (όπως τα DVD και Blu-ray) να συνεχίζουν να έχουν χαμηλό επίπεδο στην πυκνότητα αποθήκευσης.
Παρακάμπτοντας το όριο του Abbe
Το 1873, Γερμανός φυσικός Ernst Abbe δημοσίευσε ένα νόμο που περιορίζει το πλάτος της φωτεινής δέσμης.
Με βάση αυτό το νόμο, η διάμετρος d ενός σημείου φωτός, που λαμβάνεται εστιάζοντας μια δέσμη φωτός μέσω ενός φακού, δεν μπορεί να είναι μικρότερη από το μισό του μήκος κύματος λ του φωτός που εστιάζεται (το μήκος κύματος για το ορατό είναι περίπου 500 nm). Άρα μπορούμε να γράψουμε τον εξής τύπο:
Ενώ ο νόμος αυτός διαδραματίζει τεράστιο ρόλο στη σύγχρονη οπτική μικροσκοπία, θέτει επίσης ένα εμπόδιο σε κάθε προσπάθεια των ερευνητών, για να παράγουν εξαιρετικά μικρές κουκίδες - της τάξεως των μερικών νανομέτρων- οι οποίες να χρησιμοποιηθούν ως δυαδικά bits.
Στη μελέτη αυτή, οι επιστήμονες έδειξαν πώς να σπάσουν αυτό το θεμελιώδες όριο χρησιμοποιώντας για μέθοδο, δύο ακτίνες φωτός με διαφορετικά χρώματα (άρα και διαφορετικά μήκη κύματος), για την εγγραφή σε δίσκους, σε αντίθεση με την συμβατική μέθοδο που χρησιμοποιεί μία ακτίνα φωτός.
Οι δύο δέσμες φωτός της καινούριας μεθόδου, πρέπει να συμμορφωθούν με το νόμο Abbe, επομένως δεν μπορούν να παράξουν μικρότερες κουκκίδες ξεχωριστά. Όμως δώσανε στις δύο δέσμες διαφορετικές λειτουργίες:
Στη μελέτη αυτή, οι επιστήμονες έδειξαν πώς να σπάσουν αυτό το θεμελιώδες όριο χρησιμοποιώντας για μέθοδο, δύο ακτίνες φωτός με διαφορετικά χρώματα (άρα και διαφορετικά μήκη κύματος), για την εγγραφή σε δίσκους, σε αντίθεση με την συμβατική μέθοδο που χρησιμοποιεί μία ακτίνα φωτός.
Οι δύο δέσμες φωτός της καινούριας μεθόδου, πρέπει να συμμορφωθούν με το νόμο Abbe, επομένως δεν μπορούν να παράξουν μικρότερες κουκκίδες ξεχωριστά. Όμως δώσανε στις δύο δέσμες διαφορετικές λειτουργίες:
- Η πρώτη δέσμη έχει στρογγυλό σχήμα (δεξιά στην εικόνα), και χρησιμοποιείται για να ενεργοποιήσει την εγγραφή. Η δέσμη αυτή ονομάζεται δέσμη γραφής.
- Η δεύτερη δέσμη- σχήματος ντόνατ- παίζει έναν ρόλο αντι-εγγραφής, αναστέλλοντας την λειτουργία της προαναφερθείσας δέσμης (δέσμης γραφής)
Όταν οι δύο δέσμες επικαλύπτονται και δεδομένου ότι η δεύτερη δέσμη ακυρώνει την πρώτη, η διαδικασία εγγραφής γίνεται στο εσωτερικό του ντόνατ (θυμίζουμε ότι έτσι είναι το σχήμα της δεύτερης δέσμης) και επομένως η διάμετρος της δέσμης εγγραφής περιορίζεται.
Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα, η νέα τεχνική παράγει ένα ενεργό εστιακό σημείο των εννέα νανομέτρων- ή ένα δεκάκις χιλιοστό της διαμέτρου μιας ανθρώπινης τρίχας.
Η τεχνική, σε πρακτικό επίπεδο
Η εργασία αυτή θα επηρεάσει σε μεγάλο βαθμό, την ανάπτυξη των υπερ-συμπαγών (super-compact) συσκευών καθώς και την έρευνα στην νανοεπιστήμη και νανοτεχνολογία.
Το εξαιρετικό χαρακτηριστικό αυτής της τεχνικής είναι ότι, επιτρέπει την τρισδιάστατη εγγραφή, η οποία μπορεί να αυξήσει δραματικά την αποθήκευση δεδομένων - των αριθμών των κουκκίδων - σε μια ενιαία οπτική συσκευή.
Η τεχνική είναι επίσης οικονομική και φορητή, και επιτρέπει την ανάπτυξη οπτικών μέσων αποθήκευσης με μεγάλη διάρκεια ζωής και χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, η οποία θα μπορούσε να είναι μια ιδανική πλατφόρμα για ένα μεγάλο κέντρο δεδομένων (Big Data).
Λαμβάνοντας υπόψιν ότι ο ρυθμός παραγωγής της πληροφορίας συνεχίζει να αυξάνεται, ο στόχος για την επίτευξη κατασκευής συσκευών αποθήκευσης με μεγάλη χωρητικότητα θα συνεχιστεί. Η παρούσα τεχνική προσπαθεί να κάνει αυτόν τον στόχο πραγματικότητα.
Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα, η νέα τεχνική παράγει ένα ενεργό εστιακό σημείο των εννέα νανομέτρων- ή ένα δεκάκις χιλιοστό της διαμέτρου μιας ανθρώπινης τρίχας.
Η τεχνική, σε πρακτικό επίπεδο
Η εργασία αυτή θα επηρεάσει σε μεγάλο βαθμό, την ανάπτυξη των υπερ-συμπαγών (super-compact) συσκευών καθώς και την έρευνα στην νανοεπιστήμη και νανοτεχνολογία.
Το εξαιρετικό χαρακτηριστικό αυτής της τεχνικής είναι ότι, επιτρέπει την τρισδιάστατη εγγραφή, η οποία μπορεί να αυξήσει δραματικά την αποθήκευση δεδομένων - των αριθμών των κουκκίδων - σε μια ενιαία οπτική συσκευή.
Η τεχνική είναι επίσης οικονομική και φορητή, και επιτρέπει την ανάπτυξη οπτικών μέσων αποθήκευσης με μεγάλη διάρκεια ζωής και χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, η οποία θα μπορούσε να είναι μια ιδανική πλατφόρμα για ένα μεγάλο κέντρο δεδομένων (Big Data).
Λαμβάνοντας υπόψιν ότι ο ρυθμός παραγωγής της πληροφορίας συνεχίζει να αυξάνεται, ο στόχος για την επίτευξη κατασκευής συσκευών αποθήκευσης με μεγάλη χωρητικότητα θα συνεχιστεί. Η παρούσα τεχνική προσπαθεί να κάνει αυτόν τον στόχο πραγματικότητα.
RSS Feed
