Novo disco óptico armazena dados em camadas reais e virtuais

Redação do Site Inovação Tecnológica - 02/01/2025

As camadas virtuais guardam hologramas gerados nas camadas físicas.
[Imagem: Dong Zhao et al. - 10.1016/j.eng.2024.10.014]

Armazenamento óptico de dados

Um novo conceito de armazenamento óptico de dados promete revolucionar o modo como guardamos nossos dados digitais.

As tecnologias de armazenamento óptico atuais, como CDs, DVDs e discos Blu-ray, têm densidades de armazenamento limitadas, que não conseguiram acompanhar a demanda.

Para resolver esse problema, Dong Zhao e colegas da Universidade de Ciência e Tecnologia da China idealizaram uma nova abordagem híbrida, que usa materiais nanoestruturados especiais para codificar dados em camadas físicas e virtuais.

Esse conceito de armazenamento óptico de camada híbrida é baseado nas já bem conhecidas metassuperfícies, superfícies artificiais recobertas por nanoestruturas, conhecidas como nanoantenas, que conseguem focalizar, desviar, torcer e até dobrar a luz, de maneiras impossíveis de se fazer com a óptica tradicional.

A equipe projetou uma metassuperfície que consegue melhorar a resolução espacial da camada física e ainda construir camadas virtuais por meio da modulação de fase da luz. A camada física é dividida em vários canais ortogonais, cada um codificando um padrão exclusivo. Ao caminhar por esses canais, a luz forma imagens holográficas, que podem então ser reconstruídas nas camadas virtuais.

Ilustração da operação das camadas virtuais.
[Imagem: Dong Zhao et al. - 10.1016/j.eng.2024.10.014]

Armazenamento óptico em camadas reais e virtuais

Para reduzir a interferência (diafonia) entre as imagens armazenadas, os canais da metassuperfície são projetados com alta ortogonalidade espacial e aberturas distribuídas aleatoriamente. Isso exigiu três estratégias principais: Garantir que não haja sobreposição espacial entre píxeis em canais diferentes, localizar píxeis aleatoriamente em cada canal, para evitar difrações de alta ordem, e codificar uma fase holográfica em cada píxel, para guiar a luz para interferência.

Nesta demonstração inicial do conceito, os pesquisadores fabricaram metassuperfícies geométricas usando nanoblocos de silício. Eles conseguiram armazenar um total de 48 imagens, incluindo 16 imagens impressas na camada física e 32 imagens holográficas na camada virtual.

A densidade de armazenamento alcançada foi de 2,5 Tbit . cm^-3.

Embora essa capacidade inicial não seja tão alta quanto alguns outros métodos, os pesquisadores acreditam que ela pode ser significativamente aprimorada aumentando o número de camadas virtuais. Eles também simularam a viabilidade de usar mais camadas virtuais e propuseram métodos para melhorar ainda mais a tecnologia, como introduzir ortogonalidade nas camadas holográficas.

Foto da metassuperfície e visualização dos píxeis armazenados.
[Imagem: Dong Zhao et al. - 10.1016/j.eng.2024.10.014]

Conceito promissor

Este novo conceito de armazenamento óptico de dados de camada híbrida é promissor para o futuro armazenamento de dados de alta capacidade. Com as melhorias esperadas das propriedades das metassuperfícies e da holografia, essa abordagem pode fornecer uma solução mais eficiente e escalonável para atender às crescentes necessidades de armazenamento de dados.

E a equipe já tem ideias de como avançar: "Como demonstração de prova de conceito, o trabalho atual ainda precisa de mais melhorias no aumento do número total de metacanais e camadas virtuais, suprimindo as manchas, melhorando a relação sinal/ruído e removendo a distorção das imagens armazenadas."

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