Une nouvelle étude révèle qu'un disque de la taille d'un DVD peut contenir plus d'un million de gigabits, soit à peu près autant que ce qui est transmis par seconde sur l'ensemble de l'internet mondial, en stockant les données en trois dimensions plutôt qu'en deux.Les disques optiques tels que les CD et les DVD encodent les données à l'aide d'une série de sillons microscopiques. Ces creux et les îlots qui les séparent représentent les 0 et les 1 du code binaire que les ordinateurs utilisent pour symboliser les informations. Les lecteurs de CD, DVD et Blu-ray utilisent des lasers pour lire les données encodées dans ces disques.
Bien que les disques optiques soient peu coûteux et très durables, ils sont limités par la quantité de données qu'ils peuvent contenir, qui sont généralement stockées sur une seule couche. Auparavant, les scientifiques ont cherché à encoder les données sur les disques optiques en plusieurs couches en trois dimensions afin d'augmenter leur capacité. Toutefois, l'un des principaux obstacles auxquels les recherches antérieures se sont heurtées est que les optiques utilisées pour lire et écrire ces données étaient limitées approximativement à la taille des longueurs d'onde de la lumière qu'elles utilisaient.
Aujourd'hui, des scientifiques chinois ont mis au point un moyen d'encoder des données sur 100 couches de disques optiques. En outre, les données sont enregistrées à l'aide de spots d'une largeur de 54 nanomètres, soit environ un dixième de la taille des longueurs d'onde de la lumière visible utilisées pour lire et écrire les données.
Au total, une version DVD du nouveau disque a une capacité de 1,6 pétabit, soit 1,6 million de gigabits. Cela représente une densité de données 4 000 fois supérieure à celle d'un disque Blu-ray et 24 fois supérieure à celle des disques durs les plus avancés actuellement. Les chercheurs estiment que leur nouveau disque optique peut permettre à un centre de données capable de stocker un milliard de gigabits de tenir dans une pièce au lieu d'un espace de la taille d'un stade.
"L'utilisation de la technologie de stockage optique de données à ultra-haute densité dans les grands centres de données est désormais possible", déclare Min Gu, professeur d'ingénierie optique, électrique et informatique à l'université de Shanghai pour la science et la technologie.
Comment stocker un pétabit sur un disque
La stratégie utilisée par les chercheurs pour écrire les données repose sur une paire de lasers. Le premier, un laser vert de 515 nanomètres, déclenche la formation des spots, tandis que le second, un laser rouge de 639 nm, arrête le processus d'écriture. En contrôlant le temps entre les tirs des lasers, les scientifiques ont pu produire des spots plus petits que les longueurs d'onde de la lumière utilisée pour les créer.
Pour lire les données, les chercheurs se sont à nouveau appuyés sur une paire de lasers. Le premier, un faisceau bleu de 480 nm, peut rendre les spots fluorescents, tandis que le second, une lumière orange de 592 nm, arrête le processus de fluorescence. Un contrôle précis de l'allumage de ces lasers permet de déterminer quel spot nanométrique spécifique devient fluorescent.
Cette nouvelle stratégie repose sur un nouveau matériau photosensible appelé AIE-DDPR, capable de répondre à toutes ces réponses variées à différentes longueurs d'onde de la lumière. "La recherche de ce type de matériau a duré dix ans", explique M. Gu. "La difficulté consistait à déterminer comment les processus d'écriture et de lecture s'influençaient mutuellement dans un matériau donné, en particulier dans une géométrie tridimensionnelle."
Les scientifiques ont encodé des données sur des couches séparées chacune d'un micromètre. Ils ont constaté que la qualité d'écriture restait comparable sur toutes les couches. "Personnellement, j'ai été surpris de constater que les processus d'écriture, de codage et de lecture à l'échelle nanométrique fonctionnent bien dans le matériau que nous venons d'inventer", déclare M. Gu.
Les chercheurs notent que l'ensemble de la procédure utilisée pour créer des disques vierges à partir de films AIE-DDPR est compatible avec la production de masse de DVD conventionnels et peut être réalisée en 6 minutes. Selon M. Gu, ces nouveaux disques pourraient donc être fabriqués à l'échelle commerciale.
À l'heure actuelle, les nouveaux disques ont une vitesse d'écriture d'environ 100 millisecondes et une consommation d'énergie de l'ordre du microjoule au millijoule.
Néanmoins, les chercheurs aimeraient que leurs nouveaux disques soient utilisés dans les grands centres de données. C'est pourquoi ils s'efforcent d'améliorer la vitesse d'écriture et la consommation d'énergie de leur nouvelle méthode. Selon eux, cela pourrait être possible en utilisant de nouveaux matériaux d'enregistrement plus efficaces sur le plan énergétique. Les chercheurs estiment qu'il sera possible à l'avenir d'augmenter le nombre de couches de chaque disque en utilisant de meilleures lentilles et en réduisant les aberrations optiques.
Les scientifiques ont présenté leurs conclusions en ligne dans la revue Nature :
Conclusion
En utilisant un film AIE-DDPR comme support de stockage, nous avons développé un système ODS (stockage optique de données) volumétrique à l'échelle nanométrique qui a montré des caractéristiques de performance remarquables. Celles-ci comprennent une taille de spot minimale et un pas de piste latéral de 54 nm (environ λ/12) et 70 nm (environ λ/9), respectivement, dans chaque couche, en plus d'un espacement axial de couche à couche de 1 µm (environ 1,6λ
. En outre, la possibilité d'enregistrer jusqu'à 100 couches sur les deux faces a porté la capacité de l'ODS à 1,6 Pb dans la zone d'un disque de la taille d'un DVD. Ces avantages significatifs suggèrent que le développement de l'ODS nanométrique de prochaine génération, orienté vers l'industrie et beaucoup moins coûteux que les bibliothèques de disques optiques et les matrices de données des disques durs de pointe, répondra aux vastes besoins de stockage de données de l'ère des big data. Cependant, bien que nous ayons considérablement augmenté la densité surfacique du stockage, il est nécessaire d'améliorer encore la vitesse d'écriture et l'efficacité énergétique. Cela pourrait être réalisé en utilisant un faisceau laser femtoseconde avec un taux de répétition plus élevé et une résine photosensible plus sensible que ceux utilisés dans le système actuel.Entre-temps, notre recherche a démontré avec succès le phénomène OS-AIE stimulé par un faisceau laser femtoseconde, ce qui a des implications importantes pour le domaine de l'AIE. Notre utilisation de la stimulation optique est une méthode innovante de contrôle spatio-temporel de l'AIE et ouvre des voies pour la recherche et le développement dans ce domaine, notamment en termes d'exploration des applications potentielles de l'OS-AIE pour améliorer l'efficacité d'émission des diodes électroluminescentes organiques pour les écrans à haute résolution et les nanoparticules de fluorescence pour la bio-imagerie de haute qualité. En outre, notre fabrication d'une source luminescente à l'échelle nanométrique qui peut être contrôlée spatiotemporellement pourrait conduire à la découverte de matériaux et de méthodes pour les sources lumineuses des puces photoniques.
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