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En direct des laboratoires de l'institut de Chimie

 

 Stockage optique de l’information à haute densité

 

Les futures générations de disques optiques pour le stockage de données à haute densité devront s’appuyer sur de nouveaux concepts devant la difficulté de baisser encore la longueur d’onde du laser d’écriture et de lecture. Deux équipes de physiciens et chimistes du laboratoire MOLTECH-Anjou (UMR CNRS 6200/ Université d’Angers) ont joint leurs efforts pour mettre au point une nouvelle technique de stockage de l’information à haute densité. Ces recherches s’appuient sur la réalisation de nouveaux supports polymères à base de coumarines et l’utilisation de processus biphotoniques pour écrire et lire l’information stockée dans le matériau. Ces résultats ont fait l’objet d’un brevet déposé par le CNRS en 2010 et sont parus dans le Journal of the American Society en octobre 2010.

 

Les processus d’absorption de lumière à 2 photons ont ouvert un champ phénoménal d’applications car ils permettent par exemple de générer des réactions physico-chimiques induites par la lumière de manière extrêmement localisée (le voxel, c'est-à-dire le volume dans lequel se produit le phénomène peut être inférieur au micromètre cube). Le matériau mis au point au laboratoire (coumarines(1) greffées à des polymères) est transparent aux longueurs d’onde infrarouges, mais en focalisant dans le volume du matériau les impulsions ultracourtes d’un faisceau laser infrarouge, un processus d’absorption à deux photons permet de provoquer, localement, l’association de deux unités coumarines pour former un dimère (Figure 1). Ce dernier présente des propriétés optiques non linéaires(2) fortement altérées par rapport à des unités coumarine isolées. Ce processus permet ainsi d’écrire une information au sein du matériau qui peut, localement se trouver dans deux états. Avant irradiation laser, l’unité coumarine isolée présente une réponse optique non linéaire élevée, mais celle-ci devient très faible après irradiation et dimérisation.

La lecture des données est réalisée au moyen du même laser à travers un autre processus optique non linéaire : la génération de second harmonique(3). Le flux de photons de fréquence double (photons visibles) est alors plus ou moins élevé suivant l’état moléculaire rencontré. La coumarine génère un flux de photons visibles élevé (bit 1) tandis que la forme dimère ne génère qu’un très faible signal (bit 0)(Figure 2). Ce processus est par ailleurs réversible puisque les zones écrites (dimères de coumarine), exposées à une source UV, sont alors effacées par retour à la forme initiale.

Le contraste très élevé du signal obtenu par génération de second harmonique a permis de stocker des informations sous formes d’images, où chaque « pixel » codé en niveaux de gris est associé à une intensité du laser lors de la phase d’écriture. On peut en effet, lors de l’écriture, contrôler de manière très précise  le taux de coumarines dimérisées par l’irradiation laser dans chaque micro-volume et donc, le niveau de gris que l’on va imposer à chaque « pixel ». Le signal de second  harmonique ainsi modulé lors de la lecture restitue l’image stockée ( Figure 3).


La faisabilité du procédé a été montrée à deux dimensions sur des films minces, et une extension est envisagée en 3 dimensions afin d’accéder à des capacités de stockage encore plus élevées.
En choisissant d’utiliser ce mode de lecture il est très difficile, voire impossible, de lire les informations avec des techniques optiques classiques (microscopie optique, microscopie de polarisation, microscopie à force atomique …). Aussi, au-delà des applications dans le stockage d’information, ce procédé ouvre de nouvelles voies en termes de stockage masqué de l’information, puisque l’image ne peut être visualisée qu’en faisant intervenir le phénomène de génération de second harmonique.

 

Ce travail a été mené à travers un appel à projet (Pari scientifique Moltech) financé par la région Pays de la Loire.

 

(1) La coumarine est une substance naturelle organique aromatique.
(2) Un matériau présentant des propriétés optiques non linéaires est un matériau qui permet par exemple de générer des photons d’énergie deux fois plus importante que celle portée par les photons incidents.
(3) Certains matériaux peuvent générer à partir d’une onde lumineuse initiale une onde de fréquence double : c’est la génération de second harmonique. On peut ainsi transformer en partie un rayonnement laser infrarouge en laser émettant dans le visible (bleu).

 

 

Structure chimique des 2 copolymères avant et après cyclisation photoinduite.

© MOLTECH-Anjou

 

Lecture de l’acronyme CNRS par balayage d’une surface par microscopie de second harmonique

© MOLTECH-Anjou

 

Lecture d’une image codée sur plusieurs niveaux de gris.

© MOLTECH-Anjou

 

Référence

K. Iliopoulos, O. Krupka, D. Gindre, Marc Sallé,
Reversible Two-Photon Optical Data Storage in Coumarin-Based Copolymers
J. Am. Chem. Soc., 2010, 132 (41), pp 14343–14345, DOI: dx.doi.org/10.1021/ja1047285

 

Scientists propose 'hidden' 3D optical data storage technique
http://www.physorg.com/news/2010-10-scientists-hidden-3d-optical-storage.html

 

Contacts chercheurs 

Denis Gindre, MOLTECH-Anjou, Angers
Courriel : denis.gindre@univ-angers.fr 
Tél. : 02 41 73 52 28

 

Marc Sallé, MOLTECH-Anjou, Angers
Courriel : marc.salle@univ-angers.fr
Tél. : 02 41 73 54 39

 

Contacts institut

Christophe Cartier dit Moulin, Jonathan Rangapanaiken

 

28 février 2011

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