Duurzame dataopslag in nanostructuren van kwarts

Onderzoekers hebben een manier ontwikkeld om data in kwarts op te slaan en terug te halen met behulp van een femtosecondenlaser of ultrakortepulslaser. Data opgeslagen met de techniek zou 'miljarden jaren' moeten kunnen overleven.

De onderzoeksgroep uit het Engelse Southampton presenteerde de techniek al in 2013 samen met de technische universiteit Eindhoven. De groep heeft de techniek in de tussentijd verfijnd en presenteert de laatste bevindingen woensdag 17 februari op een conferentie in San Francisco.

Voor de '5d dataopslagmethode' wordt gebruikgemaakt van een ultrakortepulslaser die op drie verschillende lagen in het kwarts data opslaat. Het encoderen van de informatie gebeurt door polarisatieverschillen die weer gelezen kunnen worden door een optische microscoop en een polarisatiefilter. De verschillende assen, of de oriëntatie en de grootte waar de informatie mee opgeslagen wordt, zijn het '5-dimensionale' aan de methode. De kleine putjes of nanodots die de bits voorstellen, staan op een afstand van 5 micrometer van elkaar. Elke door de laser gemaakte nanodot is goed voor 3bit aan informatie.

Het glas, of eigenlijk kwarts, blijft stabiel tot temperaturen van 1000 graden Celsius en vergaat vrijwel niet onder normale omstandigheden. Het zou daarmee een goede methode zijn om data voor zeer lange tijd op te slaan. De groep testte de methode in 2013 met een tekstbestand van 300kB. Ook voorspelde de groep dat een 'disc' tot 360TB aan data op zou kunnen slaan, waarbij disc zou staan voor een schijf ter grootte van een compact disc.

Inmiddels zijn er verschillende belangrijke documenten in kwarts opgeslagen, zoals de Universele verklaring van de rechten van de mens, Newtons 'Opticks', Magna Carta en de King James-bijbel. De kopie van de Universele verklaring van de rechten van de mens werd onlangs aan Unesco gepresenteerd in verband met het internationale Year of Light.

De nieuwe paper '5D Data Storage by Ultra Fast Laser Writing in Glass' wordt komende woensdag gepresenteerd tijdens de zevende sessie van de conferentie.

Update 19 februari: enkele toevoegingen gedaan met betrekking tot de conferentie zelf en verduidelijkt dat de 360 terabyte-voorspelling al uit 2013 stamt.

Reacties (65)

[matroosoft]

Je link is stuk door de dubbele http, hier is de juiste. Dat onderzoek is wel interessant omdat het al in 1996 holografische opslag beschrijft, waarbij inderdaad al gebruik werd gemaakt van glas. Maar quartz werd bij dat onderzoek nog niet gebruikt.

Dit artikel is ook wel interessant, de eerste basis voor deze techniek heeft Hitachi al in 2009 gelegd. Probleem was toen dat een blokje van 2 centimeter in het vierkant en twee millimeter dik toen slechts 40 mb data kon bevatten.

Andere interessant artikelen:
http://www.gizmag.com/nan...glass-data-storage/19574/
En
http://www.pcworld.com/ar...ts-100-million-years.html

De 'putjes' worden in verschillende lagen in het glas aangebracht door de focus van de laser aan te passen. Overigens kan het glas met deze techniek ook opnieuw beschreven worden.

[Reactie gewijzigd door matroosoft op 23 juli 2024 18:31]

[matroosoft]

Hoewel het met deze techniek prima mogelijk is om een vierkante plaat quartzglas als datadrager te gebruiken, kan je evengoed de formfactor van een CD gebruiken. Het verschil met een CD is dan dat bij de CD inderdaad polycarbonaat gebruikt wordt, en dat de data door middel van putjes en streepjes aan de oppervlakte van de CD wordt vastgelegd. Bij de techniek uit dit artikel wordt de data in het glas aangebracht door een laser te laten focussen op een punt in het glas.

Overigens verwacht ik niet dat de formfactor van een CD wordt gebruikt, ten eerste omdat de datadichtheid nog niet heel hoog is. Een groter volume met een praktischere formfactor zorgt er dan voor dat de datadrager minder vaak hoeft gewisseld te worden en dat dat deze makkelijker opgeslagen kan worden. Ten tweede is deze techniek vooral bedoeld om data snel en langdurig op te slaan. Het uitlezen van de data zal waarschijnlijk slechts een enkele keer gebeuren. Als laatste zal een groter volume ervoor zorgen dat er minder contactoppervlak is per eenheid data. Veel losse schijfjes zullen sneller beschadigen dan een grote plaat.

Overigens kunnen de lagen niet oneindig gestapeld worden, aangezien de binnenste lagen dan steeds minder zichtbaar worden. In dit onderzoek worden drie lagen gebruikt, dus in theorie zou een vierde laag kunnen worden toegevoegd, die vanaf de andere zijde leesbaar is.

[Reactie gewijzigd door matroosoft op 23 juli 2024 18:31]

[jiriw]

Kwarts is kwarts. De trigonale kristalvorm van siliciumoxide. Er zijn ook andere vormen van siliciumoxide, maar die heten geen kwarts maar siliciumglas (amorfe kristalstructuur) en Opaal (siliciumoxide dat kristalwater bevat, heeft ook een amorfe kristalstructuur) Soms worden Calcedonen ook apart gerekend (cryptokristallijne variëteit van kwarts).

Als je kwartskristallen wil groeien hoef je (als bedrijf) inderdaad alleen maar een stukje Scheveningse duin op te graven, te smelten (verliest het z'n kristalstructuur) en met een kiemkristal de boel weer (langzaam) laten stollen. Een behoorlijk deel zal bestaan uit kwartskristal. Overigens moet je dit wel op een juiste manier doen, anders krijg je eerder glas dan kristallijn kwarts en de temperatuur en druk is redelijk hoog dus niet iets wat je zomaar thuis doet.

De rest van het zand is waarschijnlijk veldspaat, verschillende soorten mica en mogelijk wat calciet, wat van het kwarts te scheiden is door verschil in smelttemperatuur en chemische reacties met andere stoffen. In Nederland zijn meerdere plaatsen waar behoorlijk zuiver kwartszand gewonnen kan worden. Ook wel zilverzand genoemd wordt het gebruikt voor de vervaardiging van glas. Siliciumoxide is chemisch redelijk inert (het is al 'verbrand') en een beetje verontreiniging zal niet uitmaken voor de kristalstructuur (of je nu bergkristal, citrien, rozenkwarts of amethist hebt, het is allemaal hetzelfde, behalve voor wat metaalionen die het kwarts een kleurtje geven).

Maar als ik het oudere artikel zo bekijk is kwartsglas al voldoende... dus het is nog 'makkelijker' dan ik al dacht en monokristallijn kwarts is niet eens noodzakelijk... Het is niet het materiaal wat hier de ontdekking is maar de lasertechniek die de hoge datadichtheid mogelijk maakt. En 5 micrometer is dus 5000 nanometer ... nog altijd ruim 300 keer minder dicht dan de huidige (14nm) microchiptechnologie... en dus nog lang-lang-lang niet dicht genoeg dat het atomair niveau (inclusief mogelijk kleine verontreinigingen) een rol gaan spelen...