När vi genererar mer och mer data, behovet av datalagring med hög densitet som förblir stabilt över tiden blir avgörande. Nya nanopartikelbaserade filmer som är mer än 80 gånger tunnare än ett människohår kan hjälpa till att fylla detta behov genom att tillhandahålla material som holografiskt kan arkivera mer än 1000 gånger mer data än en DVD i en 10-till-10-centimeter bit film . Den nya tekniken kan en dag möjliggöra små bärbara enheter som tar och lagrar 3D-bilder av föremål eller människor.

"I framtiden, dessa nya filmer kan införlivas i ett litet lagringschip som registrerar 3D-färginformation som senare kan ses som ett 3D-hologram med realistiska detaljer, "sade Shencheng Fu, som ledde forskare från Northeast Normal University i Kina som utvecklade de nya filmerna. "Eftersom lagringsmediet är miljöstabilt, enheten kan användas utomhus eller till och med föras in i de hårda strålningsförhållandena i yttre rymden. "

I journalen Expressmaterial Express , forskarna beskriver deras tillverkning av de nya filmerna och visar teknikens förmåga att användas för ett miljöstabilt holografiskt lagringssystem. Filmerna innehåller inte bara stora mängder data, men den informationen kan också hämtas med hastigheter upp till 1 GB per sekund, vilket är ungefär tjugo gånger läshastigheten för dagens flashminne.

Lagrar mer data på mindre utrymme

De nya filmerna är utformade för holografisk datalagring, en teknik som använder lasrar för att skapa och läsa en 3-D holografisk återskapande av data i ett material. Eftersom den kan spela in och läsa miljontals bitar samtidigt, holografisk datalagring är mycket snabbare än optiska och magnetiska metoder som vanligtvis används för datalagring idag, som spelar in och läser enskilda bitar en i taget. Holografiska tillvägagångssätt är också i sig högdensitet eftersom de registrerar information i hela 3D-volymen av materialet, inte bara på ytan, och kan spela in flera bilder i samma område med hjälp av ljus i olika vinklar eller bestående av olika färger.

Nyligen, forskare har experimenterat med att använda metall-halvledar-nanokompositer som ett medium för lagring av nanoskalahologram med hög rumslig upplösning. Porösa filmer gjorda av halvledaren titania och silver nanopartiklar är lovande för denna applikation eftersom de ändrar färg när de utsätts för olika våglängder, eller färger, laserljus och eftersom en uppsättning 3-D-bilder kan spelas in i fokusområdet för laserstrålen med ett enda steg. Även om filmerna kan användas för holografisk datalagring med flera våglängder, exponering för UV -ljus har visat sig radera data, gör filmerna instabila för långsiktig informationslagring.

Att spela in en holografisk bild i titan-silverfilmer innebär att man använder en laser för att omvandla silverpartiklarna till silverkatjoner, som har en positiv laddning på grund av extra elektroner. "Vi märkte att UV -ljus kunde radera data eftersom det fick elektroner att överföra från halvledarfilmen till metallnanopartiklarna, inducerar samma fototransformation som lasern, "sa Fu." Genom att introducera elektronmottagande molekyler i systemet får några av elektronerna att strömma från halvledaren till dessa molekyler, försvagar UV-ljusets förmåga att radera data och skapar ett miljöstabilt datalagringsmedium med hög densitet. "

Ändra elektronflödet

För de nya filmerna, forskarna använde elektronmottagande molekyler som endast mätte 1 till 2 nanometer för att störa elektronflödet från halvledaren till metallnanopartiklarna. De tillverkade halvledarfilmer med en bikaka nanoporstruktur som tillät nanopartiklar, elektronmottagande molekyler och halvledaren till alla gränssnitt med varandra. Den ultralåga storleken på de elektronacceptabla molekylerna gjorde att de kunde fästa inuti porerna utan att påverka porstrukturen. De sista filmerna var bara 620 nanometer tjocka.

Forskarna testade sina nya filmer och fann att hologram kan skrivas in i dem effektivt och med hög stabilitet även i närvaro av UV -ljus. Forskarna visade också att användningen av elektronacceptorerna för att ändra elektronflödet bildade flera elektronöverföringsvägar, gör att materialet reagerar snabbare på laserljuset och kraftigt accelererar hastigheten på dataskrivning.

"Partiklar tillverkade av ädelmetaller som silver betraktas vanligtvis som ett medium med långsam respons för optisk lagring, "sa Fu." Vi visar att användning av ett nytt elektrontransportflöde förbättrar partiklarnas optiska svarshastighet samtidigt som partiklarna bibehåller andra fördelar för informationslagring. "

Forskarna planerar att testa miljöstabiliteten för de nya filmerna genom att utföra tester utomhus. De påpekar också att tillämpningen av filmerna i verkligheten skulle kräva utveckling av högeffektiva 3D-rekonstruktionstekniker och metoder för färgpresentation för visning eller läsning av lagrade data.