Naukowcy ze Swinburne University of Technology w Australii stworzyli pierwszy dysk optyczny na bazie grafenu. Nie jest to płyta CD, DVD czy nawet Bluray, tylko dysk holograficzny (z ang. Holographic Versatile Disc – HVD), który cechuje duża pojemność, bezpieczeństwo przechowywania danych oraz zdolność do ich odzysku w przypadku pęknięcia płyty.
Nośniki holograficzne mogą teoretycznie pomieścić kilka terabajtów danych na płycie jednowarstowej. Zapis danych odbywa się w przestrzeni trójwymiarowej dysku o średnicy 13 centymetrów. Napędy wykorzystują dwa rozdaje laserów – zielony do zapisu/odczytu (długość fali 532 nm) oraz czerwony pozycjonujący/adresujący (długość fali 650 nm). Cały dysk holograficzny jest kompozytem składającym się z wielu warstw, m.in. warstwy dichroicznej, fotopolimerowej, dystansującej czy hologramowej.
W dotychczas produkowanych dyskach holograficznych z kryształów niobanu litu najważniejszymi elementami układu zapisująco/odczytującego były dwie wiązki laserowe padające na kryształy. Jedna z nich – węższa, tzw. wiązka sygnałowa, zawierała dane, jakie mają być zachowane w krysztale. Wiązka druga – zwana referencyjną odpowiada za miejsce w krysztale, w którym dane przesyłane wiązką sygnałową mają być zachowane.
Naukowcy z SUT w Melbourne pod kierownictwem profesora Min Gu wyprodukowali dysk holograficzny bazując na tlenku grafenu (z ang. graphene oxide – GO). Najpierw badacze zmieszali zawiesinę tlenku grafenu i wody z PVA (alkoholem poliwinylowym). Następnie pokryli mieszaniną szklane dyski (podłoża) i pozostawili do wyschnięcia. W rezultacie powstał dysk pokryty tlenkiem grafenu w osłonie polimerowej PVA (grubość warstwy – 25 µm).
Właściwości tlenku grafenu są podobne do grafenu, odkrytego przez Andre Geima i Konstantina Novoselova, którzy otrzymali w 2010 r. Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za jego odkrycie. Grafen jest dwuwymiarową, alotropową odminą węgla o heksagonalnej strukturze. Jest bardzo wytrzymały, lekki, elastyczny, niemal przezroczysty i doskonale przewodzi ciepło i elektryczność.
Tlenek grafenu naturalnie jest silnie fluorescencyjny, co naukowcy wykorzystali przy projektowaniu dysku holograficznego. Za pomocą dwufotonowwego lasera femtosekundowego (1 femtosekunda to 10^-15 sekundy) zredukowali miejscowo tlenek grafenu w znajdujący się w osłonie PVA do postaci rGO, czyli grafenu niskiej jakości (z ang. reduced graphene oxide), który nie jest fluorescencyjny. Następnie za pomocą drugiego lasera połączonego z fotodetektorem dokonali odczytu miejsc, skąd światło nie było emitowane. Tak wygląda zapis i odczyt na holograficznych dyskach GO-PVA. To jeszcze nie wszystko. Warstwa służąca do zapisu jest na tyle gruba, że odczyt/zapis za pomocą lasera może odbywać się na wielu poziomach. Współczynnik załamania światła zredukowanego tlenku grafenu jest kontrolowany za pomocą lasera zapisującego.
Bez wchodzenia w dalsze szczegóły działania nośników holograficznych warto zauważyć, że dyski na bazie grafenu posiadają wysoką gęstość zapisu. Australijscy naukowcy osiągnęli poziom około 0,2 terabitów na centymetr sześcienny, czyli 3,2 terabitów na cal sześcienny. Trudno porównywać dyski holograficzne do tradycyjnych dysków twardych, które powoli zbliżają się do gęstości zapisu na poziomie 1 terabita na cal kwadratowy, czy płyt Bluray o gęstości zaledwie kilku gigabitów na cal kwadratowy (gęstość zapisu podaje się w bitach).
Nie jest to jedyna zaleta nowego materiału. “Dane będą mogły zostać odzyskane nawet w przypadku złamania nośnika. Ma to związek z holograficzną naturą zapisu danych na dysku, a nie jak w przypadku tradycyjnych płyt binarną” – stwierdził Min Gu.
Holograficzne dyski to kolejny przykład wielkich możliwości grafenu. Jedyną przeszkodą jest brak przemysłowej metody wytwarzania dużych ilości grafenu wysokiej jakości. Sama redukcja tlenku grafenu do grafenu jest łatwa, ale powstały grafen jest niskiej jakości.
Źródło:
[1] Giant refractive-index modulation by two-photon reduction of fluorescent graphene oxides for multimode optical recording. Xiangping Li, Qiming Zhang, Xi Chen & Min Gu. Scientific Reports 3, Article number: 2819
[2] http://www.nature.com/srep/2013/131002/srep02819/full/srep02819.html | 05.10.2013
[3] http://www.extremetech.com/extreme/167931-scientists-create-
the-first-graphene-based-holographic-optical-disc | 05.10.2013
[4] http://pl.wikipedia.org/wiki/Pami%C4%99%C4%87_holograficzna | 05.10.2013
[5] http://pl.wikipedia.org/wiki/Holografia | 05.10.2013
[6] ray of light by kismihok, flickr.com, CC BY-SA 2.0