Man mano che generiamo sempre più dati, la necessità di un'archiviazione dati ad alta densità che rimanga stabile nel tempo sta diventando critica. Nuovi film basati su nanoparticelle che sono più di 80 volte più sottili di un capello umano possono aiutare a soddisfare questa esigenza fornendo materiali in grado di archiviare olograficamente più di 1000 volte più dati di un DVD in un pezzo di pellicola di 10 x 10 centimetri . La nuova tecnologia potrebbe un giorno abilitare minuscoli dispositivi indossabili in grado di acquisire e memorizzare immagini 3D di oggetti o persone.

"Nel futuro, questi nuovi film potrebbero essere incorporati in un minuscolo chip di archiviazione che registra informazioni sui colori 3D che potrebbero essere successivamente visualizzate come un ologramma 3D con dettagli realistici, " disse Shencheng Fu, che ha guidato i ricercatori della Northeast Normal University in Cina che hanno sviluppato i nuovi film. "Poiché il supporto di memorizzazione è stabile dal punto di vista ambientale, il dispositivo potrebbe essere utilizzato all'esterno o addirittura portato nelle dure condizioni di radiazione dello spazio esterno."

Nel diario Materiali ottici Express , i ricercatori dettagliano la loro fabbricazione dei nuovi film e dimostrano la capacità della tecnologia di essere utilizzata per un sistema di archiviazione olografico stabile dal punto di vista ambientale. I film non solo contengono grandi quantità di dati, ma quei dati possono anche essere recuperati a velocità fino a 1 GB al secondo, che è circa venti volte la velocità di lettura della memoria flash di oggi.

Memorizzazione di più dati in meno spazio

I nuovi film sono progettati per l'archiviazione di dati olografici, una tecnica che utilizza i laser per creare e leggere una ricreazione olografica 3D dei dati in un materiale. Poiché può registrare e leggere milioni di bit contemporaneamente, l'archiviazione dei dati olografici è molto più veloce degli approcci ottici e magnetici tipicamente utilizzati oggi per l'archiviazione dei dati, che registrano e leggono i singoli bit uno alla volta. Gli approcci olografici sono anche intrinsecamente ad alta densità perché registrano informazioni in tutto il volume 3D del materiale, non solo in superficie, e può registrare più immagini nella stessa area utilizzando la luce da diverse angolazioni o costituita da colori diversi.

Recentemente, i ricercatori hanno sperimentato l'utilizzo di nanocompositi metallo-semiconduttore come mezzo per la memorizzazione di ologrammi su nanoscala con un'elevata risoluzione spaziale. I film porosi realizzati con titanio semiconduttore e nanoparticelle d'argento sono promettenti per questa applicazione perché cambiano colore se esposti a varie lunghezze d'onda, o colori, di luce laser e perché una serie di immagini 3D può essere registrata nell'area di messa a fuoco del raggio laser utilizzando un unico passaggio. Sebbene i film possano essere utilizzati per l'archiviazione di dati olografici a più lunghezze d'onda, l'esposizione alla luce UV ha dimostrato di cancellare i dati, rendendo i film instabili per l'archiviazione delle informazioni a lungo termine.

La registrazione di un'immagine olografica in pellicole argento-titania comporta l'uso di un laser per convertire le particelle d'argento in cationi d'argento, che hanno una carica positiva a causa di elettroni extra. "Abbiamo notato che la luce UV potrebbe cancellare i dati perché ha causato il trasferimento di elettroni dal film semiconduttore alle nanoparticelle metalliche, inducendo la stessa trasformazione fotografica del laser, " ha detto Fu. "L'introduzione di molecole che accettano gli elettroni nel sistema fa sì che alcuni degli elettroni fluiscano dal semiconduttore a queste molecole, indebolendo la capacità della luce UV di cancellare i dati e creando un supporto di archiviazione dati ad alta densità stabile dal punto di vista ambientale."

Modifica del flusso di elettroni

Per i nuovi film, i ricercatori hanno utilizzato molecole che accettano gli elettroni che misurano solo da 1 a 2 nanometri per interrompere il flusso di elettroni dal semiconduttore alle nanoparticelle metalliche. Hanno fabbricato film semiconduttori con una struttura a nanopori a nido d'ape che ha permesso alle nanoparticelle, molecole che accettano elettroni e il semiconduttore si interfacciano tra loro. La dimensione ultrapiccola delle molecole che accettano gli elettroni ha permesso loro di attaccarsi all'interno dei pori senza alterare la struttura dei pori. I film finali erano spessi solo 620 nanometri.

I ricercatori hanno testato i loro nuovi film e hanno scoperto che gli ologrammi possono essere scritti in essi in modo efficiente e con elevata stabilità anche in presenza di luce UV. I ricercatori hanno anche dimostrato che l'uso degli accettori di elettroni per modificare il flusso di elettroni ha formato più percorsi di trasferimento di elettroni, facendo in modo che il materiale risponda più velocemente alla luce laser e accelerando notevolmente la velocità di scrittura dei dati.

"Le particelle costituite da metalli nobili come l'argento sono generalmente viste come un supporto a risposta lenta per l'archiviazione ottica, " ha detto Fu. "Mostriamo che l'utilizzo di un nuovo flusso di trasporto di elettroni migliora la velocità di risposta ottica delle particelle pur mantenendo gli altri vantaggi della particella per la memorizzazione delle informazioni".

I ricercatori hanno in programma di testare la stabilità ambientale dei nuovi film eseguendo test all'aperto. Sottolineano inoltre che l'applicazione nella vita reale dei film richiederebbe lo sviluppo di tecniche di ricostruzione di immagini 3D ad alta efficienza e metodi per la presentazione del colore per la visualizzazione o la lettura dei dati memorizzati.