Оптическая молекулярная память

В существующих устройствах памяти запись информации производится на поверхности активной среды. Принцип трехмерной оптической памятипоказан на рисунке 10. В качестве активной среды используются бистабильные фотохромные соединения, и запись производится при помощи метода двухфотонной спектроскопии, когда необходимая для реализации фотохимической перегруппировки энергия доставляется в определенную точку объемного материала двумя квантами, суммарная энергия которых соответствует энергии возбуждения. Считывание записанной информации осуществляют посредством регистрации флуоресценции, которой должен обладать один из изомеров фотохромной системы. Устройства трехмерной оптической памяти могут обеспечить колоссальную плотность информации. Даже при использовании лазера с излучением 532 нм (см. рис. 10) плотность записанной информации составляет около 10¹³ бит•см^–3, а при использовании УФ-лазеров эта величина может быть повышена еще на порядок.

К материалам для устройств трехмерной оптической памяти предъявляются очень жесткие требования: отсутствие фотодеградации, высокие сечения двухфотонного поглощения, высокие выходы флуоресценции.

На основе этих соединений произведены первые многослойные флуоресцентные диски трехмерной оптической памяти емкостью 140 Гб (см. http://www.3dnews.ru/reviews/storage/fmd%rom.). Для сравнения можно привести величину емкости диска CD ROM 650 Мб. На основе усовершенствованной фотохромной системы, характеризующейся следующими параметрами: квантовый выход флуоресценции в полиметилметакрилатной матрице Ф = 0.16, цикличность > 104, компания «Call/Recall» объявила о создании 500-слойного флуоресцентного диска емкостью 1 терабит, что соответствует емкости примерно 250 DVD-дисков. Размер одного бита памяти в этом диске 0.3 х 0.3 х 2 мкм³. Весьма важно, что по информации компании их диски работают при использовании стандартных DVD- или CD-приводов.

Можно записать информацию посредством фотореакции А→Ви считывать ее по флуоресценции изомера А, появляющейся после облучения светом формы В. Площадь одного бита на терабитном многослойном диске компании «Call/Recall» составляет примерно 10000 нм², что соответствует пятну из нескольких тысяч фотохромных молекул. При использовании системы, аналогичной приведенной на схеме 12, удалось показать, что в принципе площадь бита на подобных дисках может быть доведена до размеров одной молекулы (схема 13). Полимерную пленку фотохромного дитиенилэтена, содержащего флуоресцентные метки, помещали на кремниевую подложку и облучали УФ-светом для перевода фотохрома в нефлуоресцирующую форму В. Дальнейшее облучение пленки видимым светом (488 нм) вызывает обратную перегруппировку, ведущую к образованию исходного флуоресцирующего изомера А. Флуоресценцию А, разрешенную на уровне сигналов отдельных молекул, наблюдали при помощи конфокального микроскопа (рис. 13). Последующее УФ-облучение переводит изомер Ав нефлуоресцирующий изомер Ви т.д.