Lunes, 24 de abril de 2017

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La era de la información que vive nuestra sociedad es fruto del desarrollo de las capacidades para generar, transmitir y almacenar datos eficazmente, así como para acceder rápidamente a estos. Internet es claro exponente de la explosión de la información experimentada en los últimos años. Un elemento clave para el éxito de esta revolución ha sido el desarrollo de sistemas de almacenamiento de datos de gran capacidad, con un acceso rápido a la información y con un reducido coste. Con el fin de satisfacer la creciente demanda para almacenar información se requiere un mayor desarrollo de las tecnologías ahora existentes.

 

Figura: Algunos ejemplos de medios de almacenamiento de información.

Generalmente, en los sistemas de almacenamiento actuales la información queda registrada en forma de dígitos binarios o bits (unos y ceros) a través de cambios locales de las propiedades físicas en una superficie. Así en los sistemas magnéticos (por ejemplo los discos duros de nuestros PCs) se cambian las propiedades magnéticas en la superficie del material de registro. Posteriormente una cabeza lectora es capaz de detectar estos cambios recuperando de este modo la información.

En los sistemas de almacenamiento ópticos actuales (CDs y DVDs) la información se graba a través de cambios en las propiedades ópticas inducidas por un haz focalizado procedente de un láser en una aleación metálica o en una película delgada polimérica soportada generalmente en policarbonato. Para leer los datos (música, imágenes, ficheros,…) otro haz detecta estos cambios en las propiedades ópticas de la superficie recuperando la información. Estos sistemas, magnéticos y ópticos, están alcanzando los límites físicos por los cuales no es posible reducir el tamaño de la unidad de información (bit) o bien resulta muy complejo su grabación o lectura. Además la grabación y el acceso a la información en este tipo de sistemas se hace bit a bit lo que representa una clara limitación en las velocidades de procesado de la información.

 

Figura: Almacenamiento óptico de información bit a bit en CDs y DVDs.

Una forma diferente de almacenamiento y lectura de información es la grabación holográfica y en particular la de volumen. En este tipo de grabación se utilizan dos haces procedentes de un láser, uno de referencia y otro portador de la información, que se superponen en el medio de registro formando un holograma.

En la holografía de volumen se graba en todo el volumen del material y no sólo en la superficie, como en los actuales CD y DVD. Ello permite almacenar varios hologramas en la misma zona del material mediante procesos llamados de “multiplexado”. De esta manera se estima que será posible registrar más de un Terabyte (1000 Gigabytes) en un disco del tamaño de un DVD. Por comparación, un DVD convencional es capaz de almacenar menos de 5 Gigabytes. Además la información holográfica no se registra o se lee bit a bit sino que, con un solo flash de luz, se graba y se recupera una imagen compleja que puede contener millones de bits, incrementado así los ritmos de registro, acceso y transferencia de datos a miles de millones de bits por segundo. Para leer la información se utiliza otro haz que al interaccionar con el holograma recupera la página de información previamente registrada.

 

Figura: Registro y lectura de información en una memoria holográfica.

Varias empresas han apostado por esta tecnología y están desarrollando sistemas de registro holográfico así como materiales para almacenamiento. Algunas de ellas aseguran que los primeros sistemas de registro, con capacidades de almacenamiento de 200 Gigabytes en un disco de 13 cm de diámetro, ritmos de transferencia de 20 Megabytes por segundo, estarán en el mercado a finales de 2005. Las expectativas son que para 2010, la capacidad de almacenamiento será de 1,6 Terabytes con ritmos de transferencia de 120 Megabytes por segundo. Esta extraordinaria capacidad de almacenamiento y acceso hace que la grabación holográfica constituya una de las opciones de inmediato futuro que resultan más prometedoras para sistemas de almacenamiento masivo de información necesarios en archivos, bibliotecas, hospitales…

 

Figura: Diferentes usos del almacenamiento holográfico de información.

Los materiales empleados en el registro holográfico han de satisfacer ciertos requisitos para poder ser empleados en sistemas de almacenamiento masivo: alta capacidad de almacenamiento, buena calidad óptica (bajos niveles de difusión de la luz), alta sensibilidad de grabación con buena fidelidad y tiempos de grabación rápidos así como estabilidad de largo alcance. Existen firmes candidatos basados en foto-polímeros (materiales que al ser irradiados con luz forman cadenas de polímero de manera irreversible) para la grabación permanente de información. No obstante en ocasiones es preferible que el medio de registro sea reutilizable.

Trabajo del grupo Cristales Líquidos y Polímeros

En nuestro grupo se lleva a cabo una línea de investigación en polímeros con unidades foto-orientables para ser empleados en el registro holográfico de información. Al ser irradiados con luz polarizada (con un vector eléctrico definido) estos materiales experimentan reorientaciones a escala molecular, cambiando sus propiedades ópticas. Gracias a estos cambios foto-inducidos, estos materiales pueden emplearse en el registro de información con luz. A diferencia de los foto-polímeros mencionados en el párrafo anterior los cambios de propiedades ópticas son reversibles, de manera que el medio puede reutilizarse en varias ocasiones (al igual que sucede en los CD regrabables) lo cual es muy conveniente para diversas aplicaciones.

Nuestro grupo trabaja en el diseño, caracterización y optimización de este tipo de materiales. La arquitectura de la macromolécula polimérica y la naturaleza de la unidad foto-orientable, juegan un papel determinante en las propiedades finales del material de registro en términos de rapidez de respuesta, sensibilidad y estabilidad del registro holográfico. Tras un diseño razonado buscando satisfacer estos requisitos se lleva a cabo una labor de síntesis química y caracterización químico-física básica. Es entonces cuando se realiza la caracterización óptica del polímero como material de registro. Para ello se llevan a cabo medidas de la anisotropía inducida con luz así como evolución, sensibilidad y estabilidad de redes holográficas. Los resultados derivados de estos estudios nos permiten establecer relaciones entre la estructura y las propiedades del material, lo que permite una mejor comprensión del mecanismo microscópico de registro e introducir modificaciones en el diseño inicial del polímero para mejorar sus propiedades.

Se está investigando además, en estos mismos materiales, un método de grabación a dos colores. Utilizando este método, el material se sensibiliza con luz azul y el registro se lleva a cabo con luz roja. La lectura puede llevarse a cabo con la misma luz de grabación sin que el holograma se deteriore. Con esta técnica se consiguen hologramas estables (incluso al leerlos repetidamente) y se preserva la posibilidad de poder borrar la información, siendo posible así la reutilización del medio.

Se ha iniciado recientemente la investigación sobre el registro de redes holográficas utilizando pulsos de luz de alta energía y con una duración de 5 nanosegundos. Esta estrategia pretende acelerar el proceso de grabación de información lo que permite alcanzar mayores ritmos de transferencia de información al medio de registro.

Composición del grupo de investigación

La investigación descrita forma parte de la línea de investigación “Polímeros para aplicaciones ópticas y opto-electrónicas” desarrollada por miembros del grupo consolidado de Cristales Líquidos y Polímeros. Este grupo lo integran investigadores de la Universidad de Zaragoza (Departamentos de Química Orgánica y Física de la Materia Condensada) y del Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón (centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas y la Universidad de Zaragoza). En esta línea participan los siguientes miembros:

  • Rafael Alcalá Aranda
  • Rafael Cases Andreu
  • Patricia Forcén Jiménez
  • Luis Oriol Langa
  • Milagros Piñol Lacambra
  • Francisco Javier Rodríguez Martínez
  • Carlos Sánchez Somolinos
  • Luiz Silvino Chinelatto-Junior
  • Rosa María Tejedor Bielsa
  • Belén Villacampa Naverac

Fecha Aragón Investiga: 26/11/2004


Ficheros adjuntos


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