Informacijos saugojimas trimatėje optinėje atmintyje

Tyrimus atliko Bordo universiteto (Prancūzija) mokslininkai. Gauti rezultatai paskelbti vasario 13 d. „Optics Letters“ internetiniame variante.

„Talpesnių kompiuterinių įrenginių poreikis bei didelio tankio technologijų vystymasis skatina trimačių optinių sistemų kūrimą“, – pasakoja vienas iš straipsnio autorių Lionelis Kanionis (Lionel Canioni).

Šiuo metu tyrinėjami keli galimi optinės trimatės atminties variantai. Vieno iš jų pagrindas yra reiškinys, vadinamas fotochromizmu. Tai grįžtamas medžiagos spalvos pakitimas, pasireiškiantis, kai sugeriama elektromagnetinė spinduliuotė. Dažnai sutinkamas pavyzdys – Saulės šviesoje savaime patamsėjantys akinių lęšiai.

Fotochromizmas įdomus tuo, kad kiekvienas šviesos šaltinio (pavyzdžiui, lazerio pluošto) fotonas sužadina po vieną medžiagos elektroną. Kai sužadinti elektronai grįžta į savo pradinę būseną, jie išspinduliuoja fotonus, kurių energija beveik tokia pati kaip ir sugertų fotonų.

Kitas L. Kanionį ir jo kolegas dominantis variantas – daugiafotoninis sužadinimas. Sužadinti elektronai sugeria tam tikrą skaičių fotonų, todėl šis metodas gali duoti geresnių rezultatų. Kadangi kiekvienas sužadintas elektronas sugeria daugiau nei vieną fotoną, lazerio pluoštas sąveikauja su mažesniu medžiagos tūriu. Tai leidžia pasiekti geresnę trimatę panaudojamos medžiagos skyrą, t. y., informaciją galima įrašyti kur kas tankiau.

Medžiaga, kurią tiria mokslininkai, yra specifinis cinko fosfato stiklas, savyje turintis sidabro jonų. Atliekamiems eksperimentams naudojami vieno milimetro storio, bespalviai, gerai nupoliruoti minėtojo stiklo bandiniai, kurie paveikiami labai trumpais ir intensyviais lazerio impulsais. Lazerio pluoštas sufokusuojamas 200 mikrometrų gylyje. Mokslininkai, keisdami lazerio galią ir impulsų skaičių, matavo, kaip paveikta medžiagos vieta sugėrė, o vėliau išspinduliavo šviesą.

Buvo pastebėta, kad lazerio spindulys privertė sidabro atomus suformuoti glaudžias grupeles, savo dydžiu prilygstančias molekulėms. Esant tam tikrai lazerio pluošto galiai ir impulsų skaičiui, sidabro atomų grupelės sugertą šviesą išspinduliuodavo dažniu, kuris yra tris kartus didesnis už lazerio dažnį, t. y., trečiąja harmonika. Tyrėjai panaudojo intensyvų lazerio pluoštą „įrašyti“ informaciją į medžiagą. Toks pat, tik mažesnio intensyvumo lazerio pluoštas priverčia atomų grupeles išspinduliuoti trečiąją harmoniką – taip informacija nuskaitoma.

Maždaug 200 mikrometrų gylyje mokslininkai įrašė tris informacijos sluoksnius. Kiekvieną sluoksnį sudarė 12×12 bitų kvadratukai, o vienam bitui prireikė 3 mikrometrų (tai atitinka vieną gigabitą informacijos viename kvadratiniame centimetre). Panaudojus bitus sluoksniuose iš eilės pavyko užrašyti raides „U“ ir „B“ bei skaičių „1“.

Tuomet Bordo universiteto tyrėjai didindami temperatūrą pamėgino nustatyti tokių „piešinių“ išsilaikymo trukmę. Informacija buvo prarasta tik tada, kai bandiniai 20 minučių buvo palaikyti 400 laipsnių Celsijaus temperatūroje. Vėl nupoliravus bandinius, informaciją buvo galima įrašyti iš naujo.

„Galime teigti, kad esant įprastinėms sąlygoms (iki 85 laipsnių Celsijaus) įrašyta informacija yra labai patvari, – džiaugiasi L. Kanionis. – Trečiosios harmonikos signalas nėra iškraipomas net ir po kelių valandų nuolatinio lazerio poveikio“.