1 terabyte egyetlen CD-n

Napjaink legnagyobb, boltokban megvásárolható optikai lemezének kapacitását a kétrétegű Blu-ray korongok adják: ez összesen 50 GB. Ugyanakkor az elv alapvetően nem változott a CD óta: a lemez egyik oldalára felvitt adathordozó rétegbe lézerrel lehet gödröket (pitek) égetni, illetve ezeket onnan kiolvasni. Az Applied Optics nevű újságban nemrég azonban megjelent egy olyan kutatás leírása, amely bemutat egy módszert, minek segítségével akár 1 TB-nyi adat is eltárolható egy standard méretű (120 milliméteres átmérőjű, 1,2 milliméteres vastagságú) optikai lemezen.

Ehhez „mindössze” annyit kell tenni, hogy nem két, hanem három dimenziót kell kihasználni. Egy 532 nanométeres hullámhosszú lézer segítségével 3,5-ször tíz a nyolcadikon, vagyis 350 millió bit írható fel egy négyzetcentiméternyi területre. Amennyiben kiterjesztjük a harmadik irányba is az adattárolást, akkor az adatsűrűség drámai mértékben megemelkedik: a kutatók állítása szerint elérhető a 6,5-ször tíz a tizenkettediken, vagyis 6,5 billió bit köbcentiméterenként.

Voltaképp arról van szó, hogy több száz, nagyjából DVD-kapacitású réteget tárolnak el a lemezen (lemezben). Ehhez a célnak megfelelő anyagra volt szükség: a korong maga polimetil-metakrilát (polymethylmethacrylate – PMMA) mátrixból épül fel, aminek a molekuláit a szakzsargonban előjelfestéknek (dye precursor – DP) nevezik. Ezek a DP molekulák színtelenek és a 400 nanométer alatti hullámhosszon érkező sugárzásokat teljes mértékben elnyelik. Amikor azonban savval lépnek reakcióba, Rhodamine 700-at képeznek, amely színes, ráadásul erőteljesen fluoreszkál. Ezek mellett a mátrixban fényérzékeny, úgynevezett fotosavas generátor (photoacid generator – PAG) molekulák is találhatók. Amikor egy egyszerű UV foton vagy két látható foton ütközik beléjük, a molekulák széttörnek és erős savat alkotnak, amely aztán képes a DP-t fluoreszcenssé alakítani.

A „varázslat”
A már fent említett 532 nanométeres hullámhosszú lézerrel 6,5 pikoszekundumig tartó impulzusokat bocsátanak ki a lemezre, ezzel egyenként 7 nanoJoule energiát nyeletve el annak adathordozó rétegével. Ez elegendő arra, hogy a PAG-ek savat bocsássanak ki magukból, ami a DP-kkel reakcióba lép, és egy pontnyi Rhodamine 700-at hoz létre. Rögzítés után pedig a 635 nanométeres lézer fluoreszcens hatást indukálhat ezekben a molekulákban. Pontos pozíciója – figyelembe véve a mélységet is – leolvasható ugyanazzal az optikával, amit az íráshoz használtak.

Elképzelésüket bizonyítandó, a kutatók azonos fókusztávolságú mikroszkopikus szkenneléseket tártak a nyilvánosság elé, amik tesztminták sorozatát mutatták a médiában. Prototípus eszközük képes volt különböző minták meghatározott mélységbe való beégetésére. Az egyes rétegek között pedig nagyjából 5 mikrométeres távolságot mértek, ami a rétegenkénti 5 GB-os kapacitással számolva nagyjából 1 TB-nyi adat eltárolhatóságát jelenti.

És habár még csak most jelent meg a technika ismertetése, máris kiderült, hogy lehet tovább javítani a teljesítményt. Sikerült ugyanis 250 pikoJoule-os energiával is adatot írni, megváltoztatott frekvencia mellett, ami a teszteszköz energiaigényének mindössze huszonnegyedét jelenti. És amennyiben 405 nanométeres diódákat alkalmaznának, akkor rétegenként Blu-ray lemeznyi kapacitás lenne eltárolható – ezzel összesen 5 TB-ra növelhető a teljes kapacitás.

Nincsenek egyedül
Mindazonáltal nem ez az első, három dimenziós adattárolásra irányuló kutatás (a legutóbbiról bővebben itt); és, mint minden eddigi fejlesztésnek, ennek is van egy nagy rákfenéje. Nevezetesen az, hogy nem tudni, mikor lesz belőle kézzelfogható, boltban megvásárolható termék – de az biztos, hogy a következő néhány évben nem.