Si prevede che la quantità totale di dati generati in tutto il mondo raggiungerà i 175 zettabyte (1 ZB equivale a 1 miliardo di terabyte) entro il 2025. Se 175 ZB fossero archiviati su dischi Blu-ray, lo stack sarebbe 23 volte la distanza dalla luna. C'è un urgente bisogno di sviluppare tecnologie di storage in grado di ospitare questa enorme quantità di dati.

La richiesta di archiviare volumi di informazioni sempre crescenti ha portato all'implementazione diffusa di data center per Big Data. Questi centri consumano enormi quantità di energia (circa il 3% della fornitura globale di elettricità) e si affidano a dischi rigidi basati sulla magnetizzazione con capacità di archiviazione limitata (fino a 2 TB per disco) e durata (da tre a cinque anni). L'archiviazione ottica dei dati abilitata al laser è un'alternativa promettente ed economica per soddisfare questa domanda senza precedenti. Però, la natura diffrattiva della luce ha limitato la dimensione a cui i bit possono essere ridimensionati, e come risultato, la capacità di memorizzazione dei dischi ottici.

Ricercatori dell'USST, RMIT e NUS hanno ora superato questa limitazione utilizzando nanoparticelle di conversione upconversion drogate con lantanidi ricche di terra e scaglie di ossido di grafene. Questa piattaforma di materiali unica consente la scrittura ottica di bit di informazioni su nanoscala a bassa potenza.

È possibile ottenere una densità di dati molto migliorata per una capacità di archiviazione stimata di 700 TB su un disco ottico da 12 cm, paragonabile ad una capacità di stoccaggio di 28, 000 dischi Blu-ray. Per di più, la tecnologia utilizza laser economici a onda continua, riducendo i costi operativi rispetto alle tradizionali tecniche di scrittura ottica che utilizzano laser pulsati costosi e ingombranti.

Questa tecnologia offre anche il potenziale per la litografia ottica di nanostrutture in chip a base di carbonio in fase di sviluppo per dispositivi nanofotonici di prossima generazione.

L'impatto

L'archiviazione ottica dei dati è progredita notevolmente negli ultimi decenni, ma la capacità di archiviazione del disco ottico è ancora limitata a pochi terabyte.

La nuova tecnologia di scrittura ottica a sub-diffrazione può produrre un disco ottico con la più grande capacità di archiviazione di tutti i dispositivi ottici disponibili. Sebbene siano necessari progressi per ottimizzare la tecnologia, i risultati aprono nuove strade per affrontare la sfida globale dell'archiviazione dei dati. La tecnologia è adatta alla produzione di massa di dischi ottici e potrebbe offrire una soluzione più economica e sostenibile per la prossima generazione di archiviazione di dati ottici ad alta capacità e la nanofabbricazione ad alta efficienza energetica di elettronica flessibile a base di grafene.

Come funziona

La tecnologia utilizza un nuovo materiale nanocomposito che combina scaglie di ossido di grafene con nanoparticelle di conversione.

L'ossido di grafene può essere visto come un singolo strato di grafite con diversi gruppi di ossigeno. La riduzione dell'ossido di grafene eliminando questi gruppi di ossigeno produce un materiale chiamato ossido di grafene ridotto, che ha proprietà simili al grafene.

Bit di informazioni di sub-diffrazione sono stati scritti nel nanocomposito utilizzando nanoparticelle di conversione per ridurre l'ossido di grafene localmente dopo l'illuminazione ingegnerizzata. La riduzione dell'ossido di grafene è stata indotta da quanti ad alta energia generati nelle nanoparticelle di upconversion eccitate attraverso un processo di trasferimento di energia per risonanza.

I ricercatori hanno scelto le nanoparticelle di conversione perché consentono una scrittura ottica di sub-diffrazione efficiente utilizzando una bassa intensità del raggio laser, con conseguente basso consumo energetico e lunga durata dei dispositivi ottici.