Устройство для записи информации со сверхвысокой плотностью

Полезная модель относится к прикладной науке и технике, а именно к устройствам для записи и хранения информации, и может быть использована для замены обычных магнитных и оптических накопителей информации, в частности, в компьютерной технике. Устройство для записи информации со сверхвысокой плотностью состоит из пульта управления, лазерного устройства, импульсного лазера, дихроичного зеркала, системы фокусировки, прозрачного предохранительного слоя, нанесенного на металлическую пленку с наноотверстием, расположенной на пленке из активного материала, нанесенной на подложку. За счет дополнительного введения дихроичного зеркала и импульсного лазера, а также применения в качестве активного материала пленки из наночастиц Si/SiO_x, где x имеет значение в диапазоне от 1 до 2, повышается функциональность устройства, позволяющего не только записывать информацию с высокой плотностью, но также стирать и перезаписывать информацию.

Полезная модель относится к прикладной науке и технике, а именно к устройствам для записи и хранения информации, и может быть использована для замены обычных магнитных и оптических накопителей информации, в частности, в компьютерной технике.

Известны устройства для записи информации на магнитном носителе, принцип работы которых основан на намагничивании микрочастиц магнитного материала. Такие устройства применяются в настоящее время в картах с магнитной полосой, имеющих возможность хранения и изменения данных. Основной недостаток известного устройства заключается в невысокой плотности информации, связанной с относительно большими размерами элементов для записи информации - частиц магнитного материала, имеющих размер несколько микрон.

Указанного недостатка лишены устройства для записи информации, основанные на оптической записи информации на специальные носители. Наиболее распространенным носителем устройства такого типа является компакт-диск (оптический диск), который представляет собой поликарбонатную пластину диаметром 120 мм и толщиной 1,2 мм, покрытую слоем активного материала. Основание пластины является одной спиральной дорожкой, шаг которой равен 1,6 мкм. В состав устройства входит лазер с системой фокусировки и система, обеспечивающая крепление и вращение диска. Информация на спиральной дорожке записывается с помощью сфокусированного излучения лазера, воздействие которого приводит к изменению отражающей способности участков поверхности диска. При использовании органического активного материала запись осуществляется путем разрушения химических связей в материале, что приводит к его потемнению. Основной недостаток известного устройства заключается в невысокой плотности информации, связанной с относительно большим размером области фокусировки лазерного излучения - меньше длины волны используемого лазерного излучения, что объясняет естественный предел информационной емкости оптических дисков. Плотность хранения информации оптических дисков можно повысить путем уменьшения длины волны записывающего света, переходя из инфракрасной в видимую и затем в ультрафиолетовую части спектра, что и происходит в настоящее время. Однако таким путем пока удалось уменьшить размер области фокусировки, а значит и элемента для записи информации, не более чем в два раза - до нескольких сотен нанометров.

Этого недостатка лишено устройство для записи информации, основанное на формировании в активном материале элементарного участка с измененной отражающей способностью с помощью поверхностных плазмонов (S. Park, J.W. Hahn. Plasmonic data storage medium with metallic nano-aperture array embedded in dielectric material // Optical Express, 2009. V. 17, No. 22. P. 20203-20210), выбранное в качестве прототипа. Известное устройство состоит из пульта управления, соединенного с лазерным устройством, снабженным системой фокусировки, прозрачного предохранительного слоя, нанесенного на металлическую пленку с наноотверстием, расположенным на пленке из активного материала, нанесенной на подложку.

Известное устройство работает следующим образом. По команде с пульта управления лазер включается. Лазерное излучение фокусируется системой фокусировки, проходит через прозрачный предохранительный слой и падает на наноотверстие в металлической пленке. Наноотверстие в металлической пленке из-за известного специалистам эффекта самофокусировки приводит к дальнейшей фокусировке лазерного излучения, которое попадает на пленку из активного материала. Воздействие этого излучения на пленку из активного материала, расположенного на подложке, приводит к разрушению активного материала и его потемнению. Таким образом, известное устройство записывает информацию путем формирования в пленке активного материала наноразмерной области, отличающейся от остальной части пленки активного материала измененной отражающей способностью. В известном устройстве прозрачный предохранительный слой толщиной 100 нм выполнен из стекла. Металлическая пленка с наноотверстием, имеющая толщину 100 нм изготовлена из алюминия. Диаметр наноотверстия составляет 30-80 нм. Пленка из активного материала толщиной 20 нм изготовлена из материала GeSbTe. Подложка толщиной 20 нм выполнена из стекла.

Известное устройство позволяет производить запись информации с высокой плотностью. Основной недостаток известного устройства заключается в его низкой функциональности, поскольку известное устройство позволяет только записывать информацию и не позволяет ее стирать и перезаписывать.

Задача полезной модели заключается в повышении функциональности, а именно, в разработке полезной модели, позволяющей не только записывать информацию с высокой плотностью, но также стирать и перезаписывать информацию.

Поставленная задача решается устройством для записи информации со сверхвысокой плотностью, которое состоит из пульта управления, соединенного с лазерным устройством, снабженным дихроичным зеркалом и системой фокусировки, и соединенным с пультом управления импульсным лазером; прозрачного предохранительного слоя, нанесенного на металлическую пленку с наноотверстием, расположенным на пленке из активного материала, нанесенной на подложку, при этом пленка из активного материала выполнена из наночастиц Si/SiO_x , где x имеет значение в диапазоне от 1 до 2.

На фиг. 1 представлена блок-схема заявляемого устройства. На фиг. 2 показана зависимость интенсивности фотолюминесценции пленки из активного материала, выполненной из наночастиц Si/SiO _x, от времени при воздействии на нее излучением лазерного устройства и импульсного лазера.

Устройство для записи информации со сверхвысокой плотностью состоит из пульта управления (1), лазерного устройства (2), дихроичного зеркала (3), системы фокусировки (4), импульсного лазера (5), прозрачного предохранительного слоя (6), металлической пленки с наноотверстием (7), пленки из активного материала (8), выполненной из наночастиц Si/SiO_x, где x имеет значение в диапазоне от 1 до 2, и подложки (9).

Достижение заявленного технического результата, а именно повышения функциональности, позволяющего полезной модели не только записывать информацию с высокой плотностью, но также стирать и перезаписывать информацию, происходит за счет уменьшения интенсивности фотолюминесценции из наноразмерной области на пленке из активного материала (8) при записи и восстановления интенсивности фотолюминесценции из наноразмерной области на пленке из активного материала (8) при стирании. Технически это достигается тем, что пленка из активного материала выполнена из наночастиц Si/SiO_x. Кроме этого, устройство для записи информации со сверхвысокой плотностью снабжено импульсным лазером, соединенным с пультом управления, а между лазерным устройством и системой фокусировки добавлено дихроичное зеркало.

Устройство для записи информации со сверхвысокой плотностью работает следующим образом. По команде с пульта управления лазерное устройство включается. Лазерное излучение проходит через дихроичное зеркало и фокусируется системой фокусировки. Сфокусированное излучение проходит через прозрачный предохранительный слой и падает на наноотверстие в металлической пленке с наноотверстием. Наноотверстие в металлической пленке с наноотверстием из-за известного специалистам эффекта самофокусировки приводит к дальнейшей фокусировке лазерного излучения, которое попадает на пленку из активного материала. Воздействие этого излучения на пленку из активного материала, выполненной из наночастиц Si/SiO_x, приводит к известному специалистам уменьшению интенсивности фотолюминесценции от наночастиц Si/SiO _x. Таким образом, устройство для записи информации со сверхвысокой плотностью записывает информацию путем формирования в пленке из активного материала наноразмерной области, отличающейся от остальной части пленки из активного материала меньшей интенсивностью фотолюминесценции. Для стирания информации, по команде с пульта управления включается импульсный лазер. Лазерное излучение от импульсного лазера падает на дихроичное зеркало, отражается от него и фокусируется системой фокусировки. Сфокусированное излучение от импульсного лазера проходит через прозрачный предохранительный слой и падает на наноотверстие в металлической пленке с наноотверстием. Наноотверстие в металлической пленке с наноотверстием приводит к дальнейшей фокусировке лазерного излучения от импульсного лазера, которое попадает на пленку из активного материала. Воздействие излучения от импульсного лазера на пленку из активного материала, выполненного в виде пленки из наночастиц Si/SiO_x, приводит к быстрому восстановлению интенсивности фотолюминесценции от наночастиц Si/SiO_x до исходного уровня. Таким образом, устройство для записи информации со сверхвысокой плотностью стирает информацию путем восстановления исходного уровня интенсивности фотолюминесценции в наноразмерной области в пленке из активного материала.

В отличие от прототипа, в устройстве для записи информации со сверхвысокой плотностью, пленка из активного материала выполнена из наночастиц Si/SiO_x, где x имеет значение в диапазоне от 1 до 2. Кроме этого предлагаемое устройство снабжено импульсным лазером, соединенным с пультом управления, а между лазерным устройством и системой фокусировки добавлено дихроичное зеркало. При этом запись информации происходит за счет уменьшения интенсивности фотолюминесценции из наноразмерной области на пленке из активного материала, а стирание записанной информации происходит за счет восстановления интенсивности фотолюминесценции из наноразмерной области на пленке из активного материала. Все это позволяет повысить функциональность, позволяющую полезной модели не только записывать информацию с высокой плотностью, но также стирать и перезаписывать информацию.

Конкретное техническое оформление заявляемого устройства для записи информации со сверхвысокой плотностью, а именно, пульт управления, характерные размеры и материалы дихроичного зеркала, прозрачного предохранительного слоя, металлической пленки с наноотверстием и подложки, являются стандартными и их характеристики зависят от поставленной задачи, требуемой точности и чувствительности. Лазерное устройство может быть выполнено в виде полупроводникового лазера. Импульсный лазер может быть стандартным с длиной волны в видимой или ультрафиолетовой области спектра и длительностью импульса <1 мкс. Прозрачный предохранительный слой и подложка могут быть выполнены из стекла. Металлическая пленка с наноотверстием - из алюминия. Диаметр наноотверстия может составлять от 10 до 100 нм. Пленка из наночастиц Si/SiO_x может иметь толщину от 1 до 100 нм.

Известно, что наночастицы Si/SiO _x, состоящие из ядра нанокремния, окруженного оболочкой из субоксида кремния SiO_x (1<x<2), имеют фотолюминесценцию в красно-инфракрасной области спектра (Дорофеев С.Г., Баграташвили В.Н., Дьяченко В.П., Кононов Н.Н., Рыбалтовский А.О., Свиридов А.П., Фетисов Г.В., Цыпина СИ., Ищенко А.А. Синтез и характеризация красных фотолюминесцентных гидрофильных наночастиц на основе кремния // Нанотехника, 2012. 1. С. 79-82). Известно, что непрерывное лазерное воздействие на наночастицы Si/SiO_x приводит к уменьшению интенсивности фотолюминесценции от них (Bagratashvili V.N., Dorofeev S.G., Ischenko А.А., Kononov N.N., Panchenko V.Ya., Rybaltovskii A.O., Sviridov A.P., Senkov S.N., Tsypina S.I., Yusupov V.I., Yuvchenko S.A., Zimnyakov D.A. Effects of laser-induced quenching and restoration of photoluminescence in hybrid Si/SiO_x nanoparticles // Laser Physics Letters, 2013. V. 10. No 9. P. 095901-7). Авторами было показано, что воздействие непрерывного излучения лазерного устройства на пленку из наночастиц Si/SiO_x приводит к значительному уменьшению интенсивности фотолюминесценции. Установлено, что воздействие излучением импульсного лазера на пленку из наночастиц Si/SiO_x, подвергнутую предварительному непрерывному лазерному воздействию, вызывающему сильный эффект уменьшения интенсивности фотолюминесценции, приводит к быстрому восстановлению интенсивности фотолюминесценции. На фиг. 2 приведен график, который показывает уменьшение интенсивности фотолюминесценции пленки из наночастиц Si/SiO_x при воздействии непрерывным излучением лазерного устройства на эту пленку и восстановление интенсивности фотолюминесценции при воздействии на эту пленку излучением импульсного лазера. Лазерное устройство включалось в момент времени 0 и излучало непрерывно в течение всего времени наблюдения. Из фиг. 2 видно, что сразу после включения лазерного устройства интенсивность фотолюминесценции быстро уменьшается. Моменты работы импульсного лазера на фиг. 2 отмечены отрезками (10). Видно, что во время работы импульсного лазера интенсивность фотолюминесценции быстро восстанавливается до исходного уровня. В качестве лазерного устройства использовался полупроводниковый непрерывный лазер с длиной волны 405 нм. В качестве импульсного лазера применялся Nd:YAG лазер с длиной волны 355 нм и длительностью импульса 4 не. Пленка из наночастиц Si/SiO_x имела толщину около 50 нм, при этом размеры наночастиц Si/SiO_x составляли 2-8 нм.

Таким образом, созданное устройство для записи информации со сверхвысокой плотностью, позволяет достичь заявленный технический результат, а именно повысить функциональность и не только записывать информацию с высокой плотностью, но также стирать и перезаписывать информацию.

Устройство для записи информации со сверхвысокой плотностью, состоящее из пульта управления, соединенного с лазерным устройством, снабженным системой фокусировки, прозрачного предохранительного слоя, нанесенного на металлическую пленку с наноотверстием, расположенной на пленке из активного материала, нанесенной на подложку, отличающееся тем, что дополнительно содержит соединенный с пультом управления импульсный лазер, излучение которого направлено на установленное между лазерным устройством и системой фокусировки дихроичное зеркало; при этом пленка из активного материала выполнена из наночастиц Si/SiO_x размером 2-8 нм, а x имеет значение в диапазоне от 1 до 2, лазерное устройство имеет длину волны 405 нм, импульсный лазер имеет длину волны 355 нм и длительность импульса 4 нс, пленка из активного материала имеет толщину от 2 до 100 нм, а диаметр наноотверстия составляет от 10 до 100 нм.