Новый способ кодирования информации по пяти измерениям (5D) с использованием фазопеременного материала и излучения лазера разработали ученые физфака МГУ совместно с коллегами из Института общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова РАН и Национального исследовательского университета МИЭТ, сообщает 7 сентября пресс-служба МГУ.

Разработанная технология в перспективе даст возможность уменьшить размер оптических носителей информации. Результаты работы ученые представили в статье «Искусственная анизотропия в тонких пленках Ge₂Sb₂Te₂ после фемтосекундного лазерного облучения», опубликованной в журнале Materials.

Максимальная плотность информации в стандартных носителях, например, CD-RW дисках, в которых запись осуществляется за счет перемещения лазерного луча по трем координатам (3D), ограничена минимально возможными размерами вокселя — области, где происходит кодирование.

Размеры вокселя, в свою очередь, определяются возможностями фокусировки светового луча, размер которой не может быть существенно меньше длины волны, согласно так называемому дифракционному пределу.

Уменьшая до определенной степени длину волны излучения, можно увеличивать плотность записи информации — на этом принципе основана технология Blue-ray, использующая коротковолновое фиолетовое излучение.

Однако при переходе в ультрафиолетовую область происходит значительное усложнение и удорожание производства устройств записи-считывания и носителей информации.

Возможный альтернативный способ — вести запись с дополнительными параметрами кодирования, что достигается созданием анизотропных областей, в которых оптические или электрофизические свойства материала определяются поляризацией падающего света или направлением приложенного тока соответственно.

Этот способ дает две дополнительные размерности кодирования — направление оси анизотропии и ее величина. Поэтому такую память можно называть 5D. При использовании анизотропии носителя отпадает необходимость в уменьшении длины волны лазера записывающего устройства.

Такая технология была реализована с использованием различных стекол, запись анизотропных областей в которые осуществлялась фемтосекундными лазерными импульсами. Поляризация, число и энергия импульсов лазера при этом позволяют управлять параметрами анизотропии.

Однако такая технология не позволяет перезаписывать информацию. Прибегая к аналогии с компакт-дисками, она реализует только технологию CD-R, а не CD-RW.

Для решения этой проблемы ученые МГУ в качестве носителя информации выбрали тонкую пленку из халькогенидного сплава Ge₂Sb₂Te₅ (GST225), которая обладает фазопеременными свойствами.

Вещество пленки при воздействии на него лазерными импульсами с определенными характеристиками переходит из аморфного состояния в кристаллическое. Подобранные соответствующим образом параметры излучения позволяют осуществлять обратный переход.

При этом оптические и электрофизические характеристики GST225 в аморфной и кристаллической фазах различаются достаточно сильно для того, чтобы это различие можно было легко зарегистрировать и использовать для создания новых IT-технологий.

Соавтор работы, аспирант физфака МГУ Александр Колчин пояснил: «При падении сфокусированного излучения фемтосекундного лазера на пленку из GST225 возбуждаются поверхностные плазмоны-поляритоны. В результате их интерференции с падающим излучением происходят не только фазовые переходы данного материала, но и образуются поверхностные периодические структуры, существование которых мы обнаружили с помощью оптической и сканирующей электронной микроскопии. Наличие таких структур и обуславливает анизотропию в облученном материале».

Разработчики надеются, что эта работа будет востребована для развития новой технологии оптической записи информации.

«Возможно, в дальнейшем это приведет к появлению компактных систем хранения информации, чувствительных к поляризации зондирующего лазерного луча или направлению приложенного тока при считывании», — прокомментировал другой соавтор, доцент физфака МГУ, кандидат физико-математических наук Станислав Заботнов.