Se espera que la cantidad total de datos generados en todo el mundo alcance los 175 zettabytes (1 ZB equivale a mil millones de terabytes) para 2025. Si se almacenaran 175 ZB en discos Blu-ray, la pila sería 23 veces la distancia a la luna. Existe una necesidad urgente de desarrollar tecnologías de almacenamiento que puedan acomodar esta enorme cantidad de datos.

La demanda de almacenar volúmenes de información cada vez mayores ha dado lugar a la implementación generalizada de centros de datos para Big Data. Estos centros consumen cantidades masivas de energía (alrededor del 3% del suministro eléctrico mundial) y dependen de unidades de disco duro basadas en magnetización con capacidad de almacenamiento limitada (hasta 2 TB por disco) y vida útil (de tres a cinco años). El almacenamiento de datos ópticos con láser es una alternativa prometedora y rentable para satisfacer esta demanda sin precedentes. Sin embargo, la naturaleza difractiva de la luz ha limitado el tamaño al que se pueden escalar los bits, y como un resultado, la capacidad de almacenamiento de los discos ópticos.

Investigadores de USST, RMIT y NUS ahora han superado esta limitación mediante el uso de nanopartículas de conversión ascendente dopadas con lantánidos ricas en tierra y escamas de óxido de grafeno. Esta plataforma de material única permite bits de información a nanoescala de escritura óptica de baja potencia.

Se puede lograr una densidad de datos muy mejorada para una capacidad de almacenamiento estimada de 700 TB en un disco óptico de 12 cm. comparable a una capacidad de almacenamiento de 28, 000 discos Blu-ray. Es más, la tecnología utiliza láseres de onda continua económicos, reduciendo los costos operativos en comparación con las técnicas tradicionales de escritura óptica que utilizan láseres pulsados ​​costosos y voluminosos.

Esta tecnología también ofrece el potencial para la litografía óptica de nanoestructuras en chips a base de carbono en desarrollo para dispositivos nanofotónicos de próxima generación.

El impacto

El almacenamiento de datos ópticos ha avanzado notablemente en las últimas décadas, pero la capacidad de almacenamiento del disco óptico todavía está limitada a unos pocos terabytes.

La nueva tecnología de escritura óptica de sub-difracción puede producir un disco óptico con la mayor capacidad de almacenamiento de todos los dispositivos ópticos disponibles. Si bien se necesitan avances para optimizar la tecnología, los resultados abren nuevas vías para abordar el desafío global del almacenamiento de datos. La tecnología es adecuada para la producción en masa de discos ópticos y podría ofrecer una solución más económica y sostenible para la próxima generación de almacenamiento de datos ópticos de alta capacidad y la nanofabricación energéticamente eficiente de electrónica flexible basada en grafeno.

Cómo funciona

La tecnología utiliza un nuevo material nanocompuesto que combina escamas de óxido de grafeno con nanopartículas de conversión ascendente.

El óxido de grafeno puede verse como una sola capa de grafito con diferentes grupos de oxígeno. Reducir el óxido de grafeno mediante la eliminación de estos grupos de oxígeno produce un material llamado óxido de grafeno reducido, que tiene propiedades similares al grafeno.

Los bits de información de sub-difracción se han escrito en el nanocompuesto utilizando nanopartículas de conversión ascendente para reducir el óxido de grafeno localmente tras la iluminación diseñada. La reducción de óxido de grafeno fue inducida por cuantos de alta energía generados en las nanopartículas de conversión ascendente excitadas a través de un proceso de transferencia de energía de resonancia.

Los investigadores eligieron nanopartículas de conversión ascendente porque permiten una escritura óptica de subdifracción eficiente utilizando una baja intensidad de rayo láser. lo que resulta en un bajo consumo de energía y una larga vida útil de los dispositivos ópticos.