オーストラリアの研究者らは発光ナノ結晶に情報を保存することに成功し、その1立方センチメートルの塊に1ペタバイトのデータが保存できると見積もっている。
基本技術については、Optical Express 誌の「単一ナノ結晶における書き換え可能なマルチレベル光データストレージの実現に向けて」で説明されています。
この技術は、サマリウムイオンをドープした蛍光体であるナノ結晶アルカリ土類金属ハロゲン化物BaFClに基づいています。このナノ結晶のサイズは約300 x 200 x 50nmです。実験では、これらの結晶を1cm x 1cmのシリコンウェハ上に堆積しました。
このような結晶は、安価な青紫色レーザーダイオードによって生成されるUV-C光に曝露されると、その価電子状態がBaFCl:Sm 3+からBaFCl:Sm 2+へと変化します。この変化は可逆的であるため、この物質は書き換え可能です。価電子状態は、2進数の1または0を示すことができます。
南オーストラリア大学のニコラス・リーゼン氏とアデレード大学フォトニクス・先端センシング研究所（IPAS）および物理科学部のシュアンジャオ・パン氏が主導したこの研究は、次のように述べています。
「保存された情報は、ナノ結晶内のSm 2+イオンの光ルミネセンスを利用して共焦点光学系で読み出されます。信号強度は、書き込みステップで使用されるUV-Cフルエンスに依存します。」共焦点光学系*により、単一の結晶から光の値を読み取ることができます。
実験における読み出し速度は、実装された基本的な2D XYスキャンによって制限されました。200 × 200 µm 2 の領域で10分という低速でした。しかし、実際には、同様の技術を採用した場合、読み出し速度はBlu-ray技術の速度を少なくともマルチレベルエンコーディングのビット数に等しい倍数上回ると予想されます。
「例えばBDプレーヤーやDVDプレーヤーの光ピックアップ（OPU）は本質的に同じ共焦点配置になっているため、これらの確立された消費者向け技術によく似たリーダーを原理的にはコンパクトな2D読み取りに使用できます。」
著者らは、10 分間の書き込み時間は「より高出力の UV レーザー光源を使用することでナノ秒単位まで短縮できる」と指摘している。
彼らは、ウェーハ材料に対して 3 回の書き込み、読み取り、消去サイクルを実行しました。
マルチレベルエンコーディングは、概念的には 2 ビット/セルおよび 3 ビット/セルフラッシュに似ており、「変換のための UV-C 強度を調整して価電子状態の切り替えのレベルを離散化することによって」実現可能になる場合があります。
レベル数は極めて多くなる可能性があります。「例えば厚さ約10μmのナノ結晶薄膜からなるサンプルを共焦点顕微鏡で直接露光できれば、数百、あるいは数千ものレベルをエンコードできることは容易に想像できます。」
著者らは、「BaFCl:Sm 3+ は光還元によって誘発される Sm 2+信号に対して大きなダイナミック レンジを持ち、Sm 2+信号の増加は数桁にわたって直線的である」と指摘してこの主張を裏付けています。
また、「30 nm までのより小さなナノ結晶では、マルチレベルのデータ保存が可能になると期待されています。」
DVDサイズのディスクの書き込み面を考えると、1PB/cm 3という記録容量は想像を絶するものです。しかし、そのためには、ディスクの回転速度を超一定に保ち、読み取り/書き込みヘッドの動きを超高精度に制御する必要があります。そうすることで、ヘッドのレーザー照射位置、深さ、タイミングをナノ結晶のサイズと層構造に一致させることができます。
光学材料と読み取り、消去、書き込みのプロセスは実現可能かもしれませんが、必要な機械および電気工学の精度と動作許容範囲により、マルチ PB 光ディスクは実現不可能になる可能性があります。®
ブートノート
*共焦点光学系の説明は、こちらをご覧ください。
