Ученые физического факультета МГУ вместе с коллегами из Института общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова РАН и Национального исследовательского университета МИЭТ придумали способ кодировать информацию по пяти измерениям (5D), используя фазопеременный материал и излучение лазера. Эта технология позволит в перспективе уменьшать размер носителей информации, в которых запись и считывание производятся оптическим способом.
В стандартных носителях информации, таких как CD-RW диски, запись и считывание информации реализуются по принципу 3D — за счет перемещения лазерного луча по трем координатам в объеме используемого материала. При этом максимальная плотность записи информации зависит от возможности сфокусировать лазерный луч в минимально возможную область, где происходит кодирование, так называемый воксель.
Важно отметить, что характерный размер фокусировки светового луча не может быть существенно меньше длины волны согласно фундаментальному ограничению, называемому дифракционным пределом. Таким образом, для увеличения плотности записи информации можно до определенной степени уменьшать длину волны излучения. На этом принципе базируется современная технология Blue-ray, в которой используют коротковолновое фиолетовое излучение. Дальнейшее уменьшение длины волны и переход в ультрафиолетовую область приводят к существенному увеличению затрат на производство как устройств записи-считывания, так и носителя информации. Альтернативный способ — произвести запись с дополнительными параметрами кодирования. Этого можно добиться, создавая анизотропные области, в которых оптические или электрофизические свойства материала зависят от поляризации падающего света или направления приложенного тока соответственно. Тогда две дополнительные размерности кодирования могут быть обеспечены направлением оси анизотропии и ее величиной, что и обуславливает название 5D памяти. При этом отпадает необходимость уменьшения длины волны излучения, используемого для записи.
Ранее подобная технология реализовывалась на различных стеклах, в которых запись анизотропных областей производилась сфокусированными фемтосекундными лазерными импульсами. Подбор поляризации, числа и энергии импульсов позволяет контролируемым образом управлять параметрами анизотропии. Однако в стеклах на практике невозможна перезапись информации, то есть по аналогии с компакт-дисками реализуется только технология CD-R, но не CD-RW.
Чтобы решить эту проблему в качестве материала для изготовления перезаписываемого носителя информации ученые Московского университета выбрали тонкую пленку из GST225 — халькогенидного соединения с фазопеременными свойствами: при воздействии на него лазерными импульсами с определенными характеристиками вещество переходит из аморфного состояния в кристаллическое. Также возможен и обратный переход при подобранных соответствующим образом параметрах излучения. Разница между оптическими и электрофизическими характеристиками GST225 в аморфной и кристаллической фазах достаточно велика и может быть легко зарегистрирована на практике, что делает данный материал перспективным в современных информационных технологиях.
«При падении сфокусированного излучения фемтосекундного лазера на пленку из GST225 возбуждаются поверхностные плазмоны-поляритоны. В результате их интерференции с падающим излучением происходят не только фазовые переходы данного материала, но и образуются поверхностные периодические структуры, существование которых мы обнаружили с помощью оптической и сканирующей электронной микроскопии. Наличие таких структур и обуславливает анизотропию в облученном материале», — пояснил один из соавторов работы Александр Колчин, аспирант физического факультета МГУ.
«Мы надеемся, что эта работа привлечет внимание к развитию новой технологии оптической записи информации. Возможно, в дальнейшем это приведет к появлению компактных систем хранения информации, чувствительных к поляризации зондирующего лазерного луча или направлению приложенного тока при считывании», — прокомментировал доцент физического факультета МГУ, кандидат физико-математических наук Станислав Заботнов.
Результаты работы, поддержанной грантом РФФИ, опубликованы в журнале Materials