Các nhà nghiên cứu thuộc Đại học Khoa học và Công nghệ Thượng Hải (USST) Trung Quốc, Đại học RMIT Úc và Đại học Quốc gia Singapore (NUS), sử dụng các hạt nano chuyển đổi ngược có pha tạp chất lanthanide đất hiếm và các vảy mỏng graphene oxit.

Sử dụng loại vật liệu này cho phép nhóm nhà khoa học phá vỡ giới hạn hiện có của việc lưu trữ dữ liệu bằng phương pháp ghi dữ liệu quang học hỗ trợ laser, một công nghệ mới nổi bị hạn chế bởi những giới hạn tự nhiên của ánh sáng mà các bit được chia tỷ lệ để lưu trữ. 

Nghiên cứu của nhóm nhà khoa học, có tiêu đề " Văn bản quang học kích thước nano thông qua giải pháp truyền năng lượng cộng hưởng đảo ngược ", xuất hiện trên tạp chí Science Advances.

Nhu cầu lưu trữ dữ liệu lớn ngày càng tăng

Bản báo cáo chính thức do Tập đoàn Dữ liệu Quốc tế biên soạn, có tiêu đề " Dữ liệu Thời đại 2025 ", dự đoán rằng đến năm 2025, tổng dung lượng dữ liệu đạt được trên toàn thế giới sẽ đạt 175 zettabyte. Một zettabyte, tương đương với một tỷ terabyte. Nếu 175 zettabyte dữ liệu này được lưu trữ trong đĩa Blu-ray, theo thông cáo báo chí của USST thì chồng đĩa sẽ cao bằng 23 lần khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trăng.

Một trong những giải pháp hiện có trong vấn đề lưu trữ dữ liệu ngày càng gia tăng là số lượng trung tâm dữ liệu liên tục tăng lên, hầu hết đều phục vụ cho Dữ liệu lớn (Big Data). Những trung tâm dữ liệu này tiêu thụ một số lượng khổng lồ năng lượng để hoạt động - khoảng 3% nguồn cung cấp điện trên thế giới cung cấp cho lưu trữ và quản lý dữ liệu.

Với vật liệu mới, được đề xuất trong công trình nghiên cứu quốc tế, các nhà khoa học chứng minh được khả năng ghi các bit thông tin bằng công nghệ ghi quang học hỗ trợ laser công suất thấp ở kích thước nano. 

Nếu được triển khai vào ứng dụng thực, mật độ dữ liệu được ghi cho phép dung lượng lưu trữ ước tính là 700 terabyte trên một đĩa quang 12 cm hoặc tương đương với 28.000 đĩa Blu-ray, tạo thành một trung tâm dữ liệu lớn di động trong một đĩa quang.

 

Hơn thế nữa, công nghệ mới cho phép tiết kiệm chi phí, sử dụng laser sóng liên tục rẻ hơn rất nhiều so với những phương pháp ghi quang học truyền thống, sử dụng xung laser có trang thiết bị cồng kềnh và đắt tiền.

Bên cạnh tiềm năng lưu trữ dữ liệu, phương pháp ghi quang học hỗ trợ laser hệ số tỷ lệ mới có thể mở ra một nâng cấp tiềm năng trong kỹ thuật in thạch bản quang học cấu trúc nano trong vi mạch trên cơ sở carbon hiện nay, thúc đẩy sự phát triển các thiết bị nanophotonic thế hệ tiếp theo.

Khoa học vật liệu nâng cấp và phát triển công nghệ lưu trữ dữ liệu

Để phát triển và nâng cấp công nghệ lưu trữ dữ liệu, các nhà khoa học quốc tế sử dụng cấu trúc nano tổng hợp mới trên cơ sở graphene oxit xử lý qua lửa và những hạt nano chuyển đổi ngược.

Graphene oxit tương tự như lớp graphene cơ bản, nhưng có các nhóm oxy khác nhau pha tạp trên bề mặt. Loại bỏ các nhóm oxy này cho phép tổng hợp graphene oxit khử, có các đặc tính tương tự như graphene nguyên chất.

Để ghi dữ liệu, nhóm nhà khoa học sử dụng các hạt nano chuyển đổi khử cục bộ oxit graphene bằng giải pháp chiếu sáng có kiểm soát. Quá trình nhiễu xạ thứ cấp cho phép các bit thông tin được lưu trữ trên cấu trúc nano. 

Sử dụng quy trình truyền năng lượng cộng hưởng, các nhà khoa học có thể tạo ra lượng tử năng lượng cao từ các hạt nano đảo ngược thành graphene oxit.

Công nghệ ghi quang học nhiễu xạ thứ cấp có thể cho phép chế tạo một đĩa quang có dung lượng lưu trữ lớn chưa từng có. Các nhà nghiên cứu khẳng định, công nghệ mới này là chìa khóa trong tiềm năng sản xuất hàng loạt đĩa quang với dung lượng lưu trữ rất lớn, hình thành một phương tiện lưu trữ dữ liệu rất lớn, hiệu quả về chi phí và bền vững hơn, đáp ứng khối lượng dữ liệu ngày càng lớn được tạo ra trên toàn thế giới.