Лаборатория лазерного наноструктурирования стекла

Cовместный проект Фонда перспективных исследований, РХТУ им. Д.И. Менделеева и Минобрнауки России 5 Февраль 2016, 06:54

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.
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.
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.