Память в стекле
Современные историки извлекают информацию из рукописей возрастом более тысячи лет, но у историков будущего в отношении современных носителей данных такой возможности не будет. Средний срок хранения информации на наиболее популярных сегодня носителях данных — жёстких дисках (HDD/SSD) — составляет не более пятидесяти лет, на оптических дисках (CD/DVD/Blu-Ray) — не более шестидесяти лет и на ленточных носителях (стримерах) — не более ста лет. Таким образом, сохранность информации, требующей архивного хранения до 50—100 лет, находится под угрозой. Из-за этого приходится непрерывно делать резервные копии данных, что многократно увеличивает стоимость хранения информации и повышает риск её частичной утери.
А что будет с нынешними носителями информации в экстремальных условиях окружающей среды? Ведь указанные сроки сохранности данных на носителях рассчитаны на нормальные условия эксплуатации, то есть при температуре 20—40оС, влажности не более 40—60% и отсутствии сильных электромагнитных полей. Даже небольшие отклонения от этих требований приводят к значительному искажению информации на носителях, а в экстремальных условиях — к физическому разрушению самого носителя и полной потере данных. Так, в магнитном поле напряжённостью более 400 кА/м происходит размагничивание жёстких дисков, и информация теряется без возможности восстановления, а при пожаре в закрытых помещениях (температура до 900—1000оС) физически разрушаются все известные носители информации.
Сотрудники кафедры химической технологии стекла и ситаллов РХТУ им. Д. И. Менделеева совместно с НИИ «Полюс» им. М. Ф. Стельмаха ведут исследования по созданию «вечных» носителей информации, способных хранить данные долгие годы, выдерживать жару и холод, магнитное поле и даже радиацию. При записи информации они используют мощные фемтосекундные лазеры, а для её хранения — специальные стёкла. Принцип записи, считывания и хранения информации похож на такой для оптических дисков (CD/DVD). В обоих случаях с помощью лазера на диске записываются в том или ином месте точки с определёнными характеристиками — питы данных. Каждая точка несёт в себе одну информационную единицу — бит данных. Записанные данные последовательно считываются с диска считывающим лазером, передаются на приёмное устройство, обрабатываются и поступают в компьютер. При этом считываемая последовательность превращается в длинный код, который затем конвертируется в записанную информацию (текст, изображение, видео и т. п.).
Главное отличие разработки в том, что материал носителя информации (диска) — кварцевое или нанопористое стекло либо стекло, содержащее наночастицы серебра или квантовые точки полупроводников. Кварцевое стекло обладает высокой оптической прозрачностью и термостабильностью и сохраняет свои свойства до 1000оС. Производства нанопористых стёкол и стёкол, содержащих наночастицы или квантовые точки, в России нет — их синтезировали непосредственно на кафедре химической технологии стекла и ситаллов РХТУ им. Д. И. Менделеева. Нанопористые стёкла — это «наногубка» из кварцевого стекла. Их структура представляет собой непрерывный каркас из оксида кремния с наноразмерными полостями (порядка 2—10 нм), равномерно распределёнными по всему объёму материала. Именно благодаря нанопорам стекло обладает рядом свойств, позволяющих быстро записывать в нём информацию.
При изготовлении нанопористого стекла сначала варят «обычное» стекло, состоящее из оксидов натрия, бора и кремния. Затем это стекло долго отжигают в печах при температуре до 500—700оС, в результате чего внутри стекла происходит разделение фаз, или «наноликвация»: отдельно собираются нанофазы натрия и бора и отдельно нанофазы кремния. Такое разделённое на нанофазы стекло обрабатывают кислотой для растворения оксидной фазы натрий + бор. А фаза оксида кремния, в силу своей химической стойкости, остаётся. В результате и образуется «наногубка», где на месте нанофаз оксидов натрия и бора возникают нанопоры.