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Datenträger: Optisches Speichermedium nutzt fünf Dimensionen

Mit Hilfe eines neuen optischen Verfahrens können Daten nun in fünf Dimensionen gespeichert und damit die Kapazität von optischen Speichermedien wie DVDs enorm gesteigert werden, berichten Forscher der Swinburne University of Technology in Melbourne. So soll eine mit der neuen Technik ausgestattete DVD rund 1,6 Terabyte aufnehmen können. Die physische Größe des Datenträgers bleibt indes unverändert.

Speichern in fünf Dimensionen | Neben den drei räumlichen Dimensionen nutzen die Wissenschaftler um Peter Zijlstra auch drei verschiedene Wellenlängen und zwei verschiedene Polarisationen des Lichts aus, um Daten zu speichern.
Peter Zijlstra und Kollegen brachten winzige Goldstäbchen auf die rund ein Mikrometer messenden Speicherschichten ihres Datenträgers auf, um neben den drei Raumdimensionen auch die Schwingungsebene und die Wellenlänge der Strahlung zu berücksichtigen: Abhängig von ihrer Form und Ausrichtung absorbieren die Nanostrukturen nur Licht mit bestimmten Eigenschaften und bilden dann so genannte Oberflächenplasmonen, kollektive Oberflächenschwingungen, aus.

Auf diese Weise erreichten die Wissenschaftler einen Speicherdichte von 1,1 Terabit pro Kubikzentimeter – was einer Datenmenge von 125 000 Megabytes entspricht. Um die Daten aufzunehmen, nutzten sie Laserlicht mit Wellenlängen von 700, 840 beziehungsweise 980 Nanometern, wobei die Strahlung einmal horizontal und einmal vertikal polarisiert war. Zudem brachten sie die Bilder auf drei unterschiedliche Schichten auf. Der Auslesevorgang basiert dagegen auf der Photolumineszenz der Nanostäbchen, die zuvor mit Licht derselben Wellenlängen und Polarisationen angeregt worden waren, mit der sie auch beschrieben wurden.

Schreib- und Auslesevorgang | Der Datenträger besteht aus dünnen Schichten Polyvinylalkohol, jeweils mit Goldnanostäbchen versehen, auf einem Glassubstrat. Die einzelnen Lagen werden durch einen transparenten Klebstoff, mit einer Dicke von etwa zehn Mikrometern, getrennt (links). Mit Hilfe verschiedener Wellenlängen und Polarisationen des Lasers speicherten die Forscher mehrere Bilder auf den Speicherschichten. Nutzt man eine unpolarisierte Breitbandlichtquelle zum Auslesen, erhält man eine Faltung aller Muster (Mitte). Wird hingegen die richtige Polarisation und die Wellenlänge zum Auslesen gewählt, lassen sich die Bilder einzeln auslesen (rechts).
Zijlstra und sein Team halten je nach Anwendung aber mehrere Aufnahme- und Auslesetechniken für möglich. Ihre Bit-für-Bit-Technik sei jedenfalls kompatibel mit existierenden Laufwerken und erlaube Schreibgeschwindigkeiten von bis zu einem Gigabit pro Sekunde. Innerhalb von fünf bis zehn Jahren soll der neue Datenträger auf den Markt kommen, hoffen die Forscher.

Bereits früher hatten Wissenschaftler erfolgreich Wellenlängen, Polarisation und Raumdimensionen in Multiplexverfahren ausgenutzt, doch war es bisher nicht gelungen alle in einer einzigen Technik zu vereinen und so die Speicherdichte um Größenordnungen zu erhöhen. Grund dafür waren vor allem ungeeignete Speichermedien. (mp)

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  • Quellen
Zijlstra P. et al.: Five-dimensional optical recording mediated by surface plasmons in gold nanorods. In: Nature 459, S. 410–413, 2009.

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