1 июня, 08:29

Лаборатория лазерного наноструктурирования стекла

Лаборатория лазерного наноструктурирования стекла

Cовместный проект Фонда перспективных исследований, РХТУ им. Д.И. Менделеева и Минобрнауки России

По инициативе Фонда перспективных исследований в РХТУ им. Д.И. Менделеева в целях создания носителей информации с неограниченным сроком хранения данных создана Лаборатория лазерного наноструктурирования стекла. Проект стартовал в конце 2014 года, его реализация рассчитана в целом на три года. Основой для создания лаборатории послужили результаты многолетних исследований процессов наноструктурирования стекол на кафедре химической технологии стекла и ситаллов под руководством профессора Владимира Сигаева, получивших широкое международное признание, а также благодаря созданной в РХТУ инфраструктуре, обеспечивающей возможность проведения разработки новых носителей информации на основе стекла. Консультант лаборатории, профессор, кандидат физико-математических наук Петр Казанский является одним из создателей подходов к формированию в кварцевом стекле сверхплотной 5D оптической памяти.

Для участия в работе лаборатории профессор Петр Казанский вернулся из Великобритании, где в Университете Саутгемптона (University of Southampton) он проводил свои исследования. По его словам, идея проекта Фонда родилась после публикации его научных работ, посвященных открытию технологии 5D памяти, увидевших свет в конце 2013 – начале 2014 года. «Я бы хотел передать коллегам накопленный мною опыт и полагаю, что с учетом наличия здесь, в РХТУ, хорошей технологической базы, нам удастся совместными усилиями создать на базе лаборатории мощную, работающую на междисциплинарном уровне, научную площадку», - подчеркнул П. Казанский.

В настоящее время в лаборатории работают 20 сотрудников, из них почти половина – аспиранты, два действующих профессора, один доктор наук, пять кандидатов химических и физико-математических наук, десять инженеров с многолетним опытом решения задач по тематике проекта. В числе участников лаборатории специалисты в области информационных технологий, материаловедения, оптики, лазерной техники, микромашининга и другие, привлеченные из различных организаций соответствующего профиля в дополнение к группе материаловедов - сотрудников РХТУ, представителей ведущей научной школы в области стекла академика П.Д. Саркисова. Чрезвычайно важным для реализации целей проекта является привлечение в качестве соисполнителя коллектива НИИ «Полюс» им. М.Ф. Стельмаха, специалисты которого располагают огромным опытом в разработках оптических систем записи и считывания данных.

Сотрудники лаборатории имеют большой опыт успешного выполнения крупных проектов Минобрнауки РФ, Минпромторга РФ, РФФИ, проектов по Постановлению № 220 Правительства РФ о привлечении ведущих ученых в ВУЗы России, а результаты исследований опубликованы в высокорейтинговых научных журналах и защищены более 30 патентами Российской Федерации. Технологические разработки внедрены в производственную деятельность таких известных предприятий как ОНПП «Технология» (г. Обнинск), ОАО «Лыткаринский завод оптического стекла», НИФХИ им. Л.Я. Карпова, ОАО «Композит», НПО им. С.А. Лавочкина, РКК «Энергия» и ряда других.

Целью проекта, реализуемого Фондом перспективных исследований совместно с РХТУ им. Д.И. Менделеева и Минобрнауки России является создание «вечного» носителя информации, который не требует перезаписи в течение сотен и даже тысяч лет. Имеющийся у коллектива опыт исследований взаимодействия лазерного излучения с оксидными стеклами свидетельствует о том, что стекло является тем материалом, который обеспечит возможность высокоскоростной записи на носителях в виде стеклянных дисков стандартного CD размера гигантских объемов информации, исчисляемых терабайтами. При этом сохраняемость данных при комнатной температуре, с учетом специфики свойств оксидных стекол, распространяется на неограниченно длительное время (миллионы лет), также диски из кварцевого стекла способны выдерживать термоудар с перепадом температур порядка 1000°C.

"Реализуя этот проект, мы рассчитываем на получение конкретного результата – создание прототипа «вечного» носителя информации, а также записывающего и считывающего устройств для него, работающих на современных скоростях. Высоких результатов от проекта ждут еще и потому, что теоретическая возможность создания такого носителя на сегодняшний день является доказанной. Данный проект – это удивительная синергия физики, химии и техники, сочетание которых в равнозначных пропорциях и ведет к достижению достойного результата."

 

Сергей Гарбук,
заместитель генерального директора Фонда - руководитель направления информационных исследований

Разумеется, реализация поставленных в проекте технических требований является исключительно сложной задачей, но важно, что принципиальная возможность решения проблемы уже доказана. Сотрудниками коллектива осуществлена запись и считывание тестовой информации на дисках из кварцевого стекла в рамках концепции 5D-памяти, ранее никем в мире не реализованной. Сложности в первую очередь связаны с необходимостью использования высокопрецизионного оборудования, гарантирующего исключительно высокую точность попадания лазерного пучка в заданную точку в объеме вращающегося и перемещающегося носителя, а также высокую скорость модуляции параметров фемтосекундного лазерного импульса. Значительные технические трудности возникают и при извлечении данных с высокой скоростью из объёма образца с использованием распознавания параметров модифицированного наноструктурами считывающего излучения, с учетом, что достигаемая в проекте скорость извлечения данных должна быть на уровне известных в мире технических решений.

"Я уверен, что в случае успеха в деятельности лаборатории, пройдет всего каких-то 5-10 лет и с технологической точки зрения повторится та же ситуация, что была в свое время с компакт-дисками, когда сначала они были непомерно дороги, громоздки и медленны, а сегодня подобные устройства во множественном количестве мы имеем практически в каждом доме."

 

Петр Хенкин,
руководитель проекта Фонда

Нельзя не отметить, что важной составляющей проекта является решение материаловедческой задачи выявления оптимальных составов оксидных стекол и оптимальных режимов взаимодействия с ними фемтосекундных лазерных пучков с целью достижения максимально возможных скоростей записи. Такая задача ранее никогда не ставилась, поэтому ее решение не будет иметь ни мировых, ни отечественных аналогов. По словам руководителя проекта Фонда Петра Хенкина, появление «вечного» носителя произведет революцию не только в архивном деле, но в целом сменит походы человечества к современным средствам сохранения информации. Так, например, не потребуется перезаписывать архивные данные, обеспечивать особый уход и климат в помещениях - затраты на хранение данных сократятся практически до нуля и будут только на этапе записи и чтения данных. Решение научных и технических вопросов, поставленных в проекте, обеспечит решение ряда критически важных для России проблем: проблему неограниченно долгого хранения больших объемов данных, проблему импортозамещения и уменьшения зависимости от зарубежной техники, проблему сохранения архивных цифровых данных на территории страны. Это выведет Россию из зоны технологического отставания в категорию передовых стран в области систем хранения информации. Кроме того, проект имеет значительные дальнейшие научные перспективы. Так, достигнутые в процессе работы над ним результаты будут несомненно использованы в ходе дальнейших исследований в фотонике, лазерной технике, микромашининге, создании нано и микростркутрированных материалов для огромного числа практических применений.

 

"Поразительно: стекло, через которое мы чаще всего видим окружающий мир, стекло, снабжающее нас посредством интернета невероятным объемом информации, это же самое стекло в результате выполнения проекта станет еще и носителем вечной и безграничной памяти, которая переживет человечество." 

 

Владимир Сигаев,
зав. кафедрой стекла и ситаллов, доктор химических наук, профессор

  

«Мы намерены достигнуть, используя 5D формат, такой плотности информации, записанной на стеклообразном носителе, таких скоростей записи и считывания, которые в принципе могут быть достигнуты с использованием лучших на данный момент технических средств. При этом срок их службы совершенно не ограничен. По мере их совершенствования будут улучшаться и методы оптической записи и анализа сформированных нанорешеток. Высокий научно-технический уровень созданного коллектива и его нацеленность на решение проблемы позволяют быть уверенным в успешном завершении проекта и практической реализации полученных результатов в дальнейшей работе. Я вижу, что сейчас в России создаются все условия для получения результатов мирового класса, создания технологий завтрашнего дня.»

 

Петр Казанский,
профессор Университета Саутгемптона,
профессор РХТУ им. Д.И. Менделеева



«Параметры создаваемых нами установок и носителя данных по скорости записи и чтения, ёмкости записи, неограниченному сроку службы - абсолютно выдающиеся. Единственный аналог с неограниченным сроком службы – разработка фирмы Hitachi и, судя по публикациям в СМИ, она обеспечивает запись не более 6 Гбайт в габаритах компакт диска. На самом деле это практически предел при выбранном ими подходе. Мы же начинаем разработку сразу с 25 Гбайт, исходя из возможностей двулучепреломляющих наноструктур, открытых профессором Петром Казанским, и это только начало. Вместе с тем записать наноструктуры с высокой скоростью – гораздо более сложная задача, чем создание дефектов в стекле в 3D формате, как это делают в Hitachi, или выжигание питов на DVD диске. Чтобы выполнить поставленную задачу, необходимо разработать совершенно уникальные решения и компоненты, опыта по созданию которых ещё нет в мире. Это делает наш проект невероятно интересным, заставляет всех сотрудников работать максимально интенсивно, на предельных скоростях.»

Иван Глебов,
руководитель лаборатории