Попов Ю.А.
Самообновляющиеся тонкопленочные
среды и модульные накопительные
системы
(сокращенный
вариант)
Запись на
тонкопленочные носители
Тонкие магнитные пленки
В августе 2000 г. было завершено
обширное исследование, посвященное
средам и системам записи
информации. Подробный отчет о нем с
описанием различных
регистрирующих систем приведен в
сообщении Koichi Sadashige, в прошлом
председателя комиссии V16 по
технологии съемки и
воспроизведения американского
Общества кино- и телетехники (Society of
Motion Picture and Television Engineering — SMPTE).
Сообщение можно запросить
бесплатно в National Media Laboratory (NML).
Старение магнитных носителей
обусловлено происходящей с
различной скоростью деструкцией
отдельных компонентов системы
регистрации информации. В конечном
счете долговечность среды хранения
определяется деструкцией наиболее
восприимчивого компонента. Срок
жизни заканчивается, когда более не
обеспечивается необходимая
работоспособность. Это касается
подложки лент, связующего (кроме
металлических и МЕ-лент), слоев
магнитных частиц и отдельных
частиц, смазочных, а также защитных
слоев, нанесенных поверх рабочего
слоя и на обратную сторону ленты.
Главные причины досрочного
старения лент связаны с условиями
их намотки, влажностью и
внутренними напряжениями.
Тонкопленочные
оптические носители данных
WORM. Все оптические носители данных
состоят из слоя тонкой пленки,
заключенного между полимерными
подложками, на которые в некоторых
случаях наносится также тонкий
защитный слой полимера. Однократно
записываемые оптические носители
данных, так называемые Write-Once-Read-Many
(WORM), в виде 12" дисков впервые
демонстрировались фирмой Philips в 1979
г. в лаборатории Briar Cliff Lab с объемом
памяти 2 Гбайт и поступили в продажу
в 1985 г.
На этих носителях информации —
независимо от того, были они
изготовлены по технологии
формирования питов (Pit and Land) или по
технологии, обуславливающей
изменение фазового состояния
рабочего слоя, — данные
записывались посредством
изменения свойств органического
красителя. При записи оптические
свойства красителя изменялись
нагреванием лазером. При
воспроизведении использовался
более слабый луч лазера, который,
отражаясь, модулировался
записанным рабочим слоем или
другими, расположенными друг над
другом тонкопленочными
легированными слоями. Добавляя
дополнительные маркировки в
свободных местах между
первоначальными маркировками,
данные можно зашифровать.
Считается, что большинство
носителей данных, на которых запись
осуществляется посредством
изменения фазового состояния
рабочего слоя, имеет коррозионную
стойкость, прочность и
долговечность, измеряемую
столетиями.
У носителей данных типа Pit and Land срок
жизни составляет по меньшей мере 30
лет. В этих носителях информации
процесс старения обусловлен
необратимым увеличением
«проколов» (выпадений). К этой
разновидности носителей данных
относятся диски CD-R и DVD-R.
В следующем способе в качестве
компонентов рабочего слоя носителя
используются оксид кобальта,
кремний, кальций, натрий и кислород,
которые наносятся на подложку
напылением. Эта система, в которой
под воздействием света лазера
происходят изменения показателей
преломления, устойчива к мощному
многокиловаттному лазерному
излучению (доказана ее
стабильность при 70 тыс. непрерывных
процессах считывания); она подходит
как для перезаписываемых, так и для
неперезаписываемых (ROM) оптических
носителей данных. Диски с
изменяемой фазовой структурой при
повторных воспроизведениях
обнаруживают большую стабильность
свойств. Положительным эффектом
является также улучшение отношения
сигнал/шум при изменении мощности
считывания от 3 до 4 мВт — в
зависимости от скорости носителя
данных, — что позволяет увеличить
линейную плотность данных в 1,4 раза.
Дальнейшие методы повышения
плотности записи. Наряду с
увеличением объема памяти,
исследования концентрируются на
улучшении красителей, в частности,
цианинов, а именно на повышении их
светостойкости посредством
введения синглетных гасителей
кислорода типа металлических
комплексов дитиолата или солями
дииммодия.
Оптическая тонкая
пленка на ленточных носителях
Цифровые оптические носители
информации на лентах — еще один вид
носителей с изменяемой фазовой
структурой типа WORM следующего
поколения. Такие носители,
обещающие высокую поверхностную
плотность записи, а также высокие
скорости передачи данных, возможно,
применимы — на основании их
коррозионной устойчивости — для
долговременного архивирования. Эта
развивающаяся технология успешно
преодолевает многочисленные
преграды, например, конкуренцию с
носителями информации на магнитных
лентах, эффективность которых тоже
постоянно возрастает, и готова к
стандартизации.
Ленточный оптический носитель.В
нидерландских исследовательских
лабораториях фирмы Philips разработан
ленточный оптический носитель
данных в 8-мм кассете с емкостью
памяти 80 Гбайт, скоростью передачи
данных около 30 Мбит/с, а также
временем доступа 15 с. Для первого
поколения достигнута скорость
передачи данных 15 Мбит/с.
Накопитель AFC. Фирма IBM тоже
разработала технологию памяти без
лент, так называемые Antiferro-magnetically
Couplet — AFC (антиферромагнитно
связанные) накопители, которые уже
установлены в некоторых
Laptop-компьютерах. Эта технология
снижает критические
супермагнитные границы,
устанавливающие верхний предел
плотности записи. В то время как
современные магнитные носители
накапливают данные только в одном
магнитном слое, как правило, в
сложном магнитном сплаве (например,
кобальт-платина-хром-бор = CoPtCrB),
AFC-носители данных состоят из ряда
слоев, два из которых разделены
экстремально тонким (буквально в
три атома толщиной) слоем
немагнитного материала рутения.
Вследствие этого намагниченность в
каждом слое связана в
противоположных направлениях —
антипараллельно; отсюда название
этих носителей данных.
Пути к самообновляющимся
носителям информации
Недавно ученые остановились на
молекулах ДНК. В них наследственный
материал размещен частично так
плотно, что давление в оболочке
вируса оказывается в 10 раз выше, чем
в бутылке шампанского. Ученые
считают, что такое высокое давление
помогает вирусу «выстрелить»
наследственную информацию при
попадании в чужую клетку. Сила
удара создается мощными
молекулярными моторами.
Поскольку молекулярные моторы
являются транспортным средством
для вирусов, как в описанном
примере, и для доставки
медикаментов в человеческом теле,
то они могли бы использоваться
также для пополнения блоков
вещества компонентами,
необходимыми для обновления
будущих сред накопления. Примером
этого может служить пластырь на
коже, который доставляет
медикаменты через кожу в кровь.
Трансдермальные пластыри
обеспечивают, по сравнению с
пилюлями, постоянное снабжение
медикаментами в течение
длительного периода. Молекулы
медикамента при этом настолько
малы и прочны, что проникают через
слой кожи и лежащие под кожей
водные слои.
Принцип действия таких
самоуправляющихся процессов,
следовательно, уже частично
известен и используется. Поэтому
возможно их применение и для
самоуправляющихся элементов
накопления.
При использовании фотографических
эмульсий, которые наносятся на
полимерную подложку, возможно было
бы осуществление регенерации
снаружи, например, путем нанесения
соответствующих химических
соединений, что означает
возможность управлять
сохраняемостью таких пленок извне,
в зависимости от условий среды.
Средства, которыми мы располагаем,
чтобы противостоять дорогостоящей
преждевременной деградации или
снижению эффективности инвестиций
в производство, в настоящее время
ограничиваются тщательным
обращением со старым материалом,
например, хранением его в холодном
сухом месте, использованием
подушкообразных молекулярных сит в
коробках с пленкой, а также заменой
подверженных коррозии луженых
коробок инертными (химически
пассивными) коробками. Речь идет,
однако, при этом о мерах, пригодных
только для того, чтобы задержать
процессы деградации.
Возможный план
действий в области технологии
накопления информации
В качестве долговременной цели
необходимо обеспечить способность
носителей данных к регенерации,
чтобы можно было возобновлять их
оригинальное состояние. Кроме того,
необходимо, чтобы базовый комплекс
технической аппаратуры был
постоянно готов к выполнению вновь
возникающих технических задач
записи. Для этого аппаратура должна
быть в состоянии постоянно
дополняться увеличивающимся
числом модульных модернизирующих
блоков, которые приспосабливают ее
для решения этих задач. Таким
способом содержание можно будет
сохранять на носителях данных при
необходимости в течение столетий и
применять самолечащиеся разумные
носители для новых записей. Вместе
с тем устраняется необходимость
однообразного переписывания
результатов на устаревшем
оборудовании для спасения записей,
учитывая, что цифровое кодирование
не гарантирует потерь содержания.
Кольцеообразные
пептиды
Кольцеообразные пептиды Гадири с
новой структурой, которая
образуется из природных и
синтетических аминокислот,
располагают боковыми цепями,
обращенными наружу, и реагируют с
окружающей средой. Эти «сенсорные»
молекулы, являясь
реконфигурируемыми, способны
воздействовать на бактерии,
проникать в стенки их клеток и там
соединяться друг с другом в длинные
цепочки.
Механизмы самолечения
Когда-нибудь, вероятно, будут
располагать разумными магнитными и
оптическими носителями информации,
которые продлевают посредством
механизмов самолечения
продолжительность жизни смазочных
материалов и связующих,
противодействуют гидролизу,
защищают рабочие поверхности от
загрязнения, пыли или агломератов
магнитных частиц, а также от
размагничивания. В кинематографе
можно рассчитывать на то, что в
кинопленку будут интегрированы
разумные цеолитные молекулы,
которые проявляют свое лечебное
действие как молекулярные
осушители, если на ацетатную
подложку или красители влияют
относительная влажность и
загрязнения, связанные с условиями
хранения.
Лечащие молекулы действуют при
определенных условиях, которые
обеспечиваются введением в
носитель ресурсных молекул. Слои
лечащих веществ будут добавляться
в носители информации подобно тому,
как сегодня на тонкую пленку
регистрирующего слоя, включающего
органические красители, наносят
отражающий или теплопоглощающий
слой или защитный жесткий слой
полимера, который впрессовывается
в поликарбонатную подложку
компактного диска или диска DVD.
Принцип самолечения молекулами
ряда веществ уже находит
применение в консервации бумажных
документов, например, при
изготовлении бумаги, не содержащей
лигнина, или бумаги с низким его
содержанием, или же бумаги с
высоким значением pH. При
консервации бумаги, содержащей
лигнины целлюлозы древесины,
добавляют буферы с высоким
значением pH.
Полный текст - в № 5 журнала "ТКТ" за 2003 г.
