Como manter os dados digitais seguros para as próximas gerações?

Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/04/2024

A informação é escrita em defeitos atômicos opticamente ativos por um feixe de íons focado (esquerda), e lida usando fotoluminescência (direita) - tudo em 4D.
[Imagem: M. Hollenbach/H. Schultheiß]

Armazenamento de dados a longo prazo

Com a nossa civilização dependendo cada vez mais dos dados digitais, está crescendo a preocupação sobre como garantir o arquivamento seguro de dados a longo prazo, muito além das capacidades dos dispositivos tradicionais de armazenamento de dados, como discos rígidos, discos ópticos e das ainda recordistas fitas magnéticas.

Uma equipe de pesquisa internacional está propondo agora um novo conceito de armazenamento de dados de longo prazo baseado em defeitos em escala atômica em um material sólido. Esses "defeitos" - que são os bits - são criados e "ativados" por um feixe de íons, proporcionando alta resolução espacial, velocidade de gravação muito rápida e baixo consumo de energia.

Atualmente, as memórias magnéticas são a principal escolha quando se trata de soluções de armazenamento de dados que visam grandes capacidades. As leis da física estabelecem limites para as densidades de armazenamento alcançáveis nessas tecnologias, e as tentativas de superar esses desafios têm tropeçado em um aumento desproporcional no consumo de energia.

Da mesma forma, o desempenho dos discos ópticos também tropeça nas leis da física. Devido ao limite de difração, o menor bit de gravação tem tamanho restrito: Ele não pode ser menor do que metade do comprimento de onda da luz, estabelecendo o limite da capacidade máxima de armazenamento.

Logo, alguma coisa precisa ser feita.

"O tempo limitado de armazenamento dos meios de armazenamento atuais exige a migração de dados dentro de alguns anos para evitar qualquer perda de dados. Além de ficarmos presos em procedimentos perpétuos de migração de dados, isso aumenta substancialmente o consumo de energia, porque uma quantidade significativa de energia é consumida no processo,", disse o professor Georgy Astakhov, do Centro Helmholtz Dresden-Rossendorf (HZDR), na Alemanha.

A gravação dos dados é multidimensional, ou 4D.
[Imagem: M. Hollenbach et al. - 10.1002/adfm.202313413]

Armazenamento multidimensional

A saída proposta pela equipe é essencialmente uma gravação óptica multidimensional, migrando para bits em escala atômica no interior de um material sólido, fugindo dos componentes ultraminiaturizados, bits magnéticos e tecnologias mecânicas, que se desgastam rapidamente.

A proposta é começar pelo carbeto de silício, um material semicondutor bem conhecido que apresenta defeitos em escala atômica, especialmente a ausência de átomos de silício em pontos da rede cristalina. E esses defeitos podem ser usados como bits, sendo facilmente criados e ajustados por um feixe focado de prótons ou íons de hélio, proporcionando alta resolução espacial, rápida velocidade de gravação e baixa energia para armazenar cada bit.

"O limite de difração da densidade de armazenamento inerente à mídia óptica também se aplica ao nosso caso. Nós o superamos com esquemas de codificação 4D. Aqui, as três dimensões espaciais e uma quarta dimensão adicional de intensidade são criadas controlando a posição lateral e a profundidade, bem como o número de defeitos.

"Nós então lemos opticamente os dados armazenados por meio de fotoluminescência provocada por excitação óptica. Além disso, a densidade de armazenamento por área pode ser significativamente melhorada usando excitação por feixe de elétrons focalizada, causando catodoluminescência observável," descreveu Astakhov.

Recentemente também se tornou possível gravar dados magnéticos em 3D.
[Imagem: P. Tozman et al. - 10.1016/j.actamat.2024.119869]

Riscos e vantagens

Como estamos falando em armazenar informações cruciais para a humanidade, todos os riscos devem ser considerados. E, claro, há o risco de que os bits no material sólido sejam danificados por condições ambientais em que o meio é guardado.

Esta foi uma das razões da escolha do carbeto de silício. "A desativação desses defeitos dependente da temperatura sugere um tempo de retenção mínimo ao longo de algumas gerações em condições ambientais," disse Astakhov.

E há mais. Usando laser infravermelho próximo e técnicas de codificação e armazenamento de dados multicamadas pode-se empilhar até dez camadas de carbeto de silício umas sobre as outras, alcançando uma densidade de armazenamento por área equivalente à dos discos Blu-ray.

E, mudando para excitação por feixe de elétrons - em vez de excitação óptica - para a leitura dos dados, o limite alcançável desta maneira corresponde à densidade de armazenamento recordista apresentada por um protótipo avançado de fita magnética, que, no entanto, só dura cerca de século.

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