5D znamená technologii zápisu, která umožňuje dosáhnout obří hustoty dat, oproti Blu-ray až o 5 řádů. Vedle toho se příslušné disky vyznačují velkou trvanlivostí a odolností, mají např. vydržet teplotu až do tisíce stupňů a při pokojové teplotě mít životnost miliardy let. Až dosud zde limit představuje hlavně rychlost zápisu a čtení.
Koncem loňského roku ale vědci vyvinuli a v časopisu Optica publikovali studii popisující rychlou a energeticky účinnou metodu laserového zápisu pro výrobu nanostruktur s vysokou hustotou v křemenném skle. Rychlost zápisu dosáhla milion voxelů za sekundu (tj. asi 230 kB/s). Popsaná fyzikální metoda má být energeticky úsporná a z hlediska fyzikálního principu obecná, tedy použitelná pro různé průhledné materiály a možná i pro jiné optické technologie, než je pouze ukládání dat.
Jak uvedl hlavní autor studie Yuhao Lei z University of Southampton, kapacita a životnost těchto 5D disků by z nich brzy mohlo udělat zajímavou volbu pro dlouhodobé ukládání dat, které by mohly využívat např. knihovny, muzea nebo různé archivy, především „národní“ verze těchto institucí. Nabízí se také ukládání rozsáhlých genomických i jiných biologických dat spíše statického typu.
Hlavním omezením 5D byla až dosud rychlost zápisu dat (eventuálně nutný kompromis mezi rychlostí zápisu a hustotou). Nový přístup obnáší použití femtosekundového laseru s vysokou opakovací frekvencí k vytvoření malých důlků obsahujících strukturu o rozměrech 500 x 50 nanometrů. Tyto nanostruktury jsou anizotropní (původní izotropní vrstva se stane anizotropní v důsledku mikroexploze vyvolané laserovým pulzem) a obsahují dvojlom – to jsou právě další 2 potřebné parametry v této implementaci 5D (vedle 3 prostorových rozměrů, souřadnic daného bodu; jinak v 5D bývá běžné, že dva dodatečné rozměry dodá velikost a orientace „tečky“). Příslušné 2 parametry se při zápisu dat řídí pomocí proměnné polarizace a intenzity světla. Každý voxel zde obsahuje 4 bity.
Speciální přístup s využitím jevu zesílení blízkého pole (near-field enhancement) minimalizoval tepelné poškození materiálu, což byl problém u jiných přístupů, kdy se zapisovalo pomocí laserů s vysokou opakovací frekvencí.
„Tento nový přístup zvyšuje rychlost zápisu dat na praktickou úroveň, takže můžeme zapsat desítky gigabajtů dat v rozumném čase,“ uvádí Y. Lei. „Vysoce lokalizované a přesné nanostruktury umožňují vyšší kapacitu dat, protože v jednotkovém objemu lze zapsat více voxelů. Použití pulzního světla navíc snižuje energii potřebnou k zápisu.“ (Poznámka: I když si stačí spočítat, jak dlouho trvá rychlostí 230 kB/s zapsat 500 TB dat; záleží na tom, jak/zda by byl zápis paralelní.)
Limitem je aktuálně hlavně rychlost čtení dat a použitelnost metody i mimo laboratoř. Čtení je složité, vyžaduje totiž mikroskop a polarizátor.
Yuhao Lei et al, High speed ultrafast laser anisotropic nanostructuring by energy deposition control via near-field enhancement, Optica (2021). DOI: 10.1364/OPTICA.433765
Zdroj: The Optical Society / Phys.org