Команда исследователей из Казанского федерального университета, Гарвардского университета и Имперского колледжа Лондона нашли способ существенного увеличения плотности записи оптической информации. Традиционные методы ее записи и хранения ограничены дифракционным пределом (~500 нм), поэтому максимальная плотность записи не превышает ~1 ГБ/дм² (оптические диски CD, DVD). Обойти это ограничение возможно, если использовать локализованный или сильно сжатый лазерный свет. С его помощью можно управлять пространственной ориентацией отдельных молекул. Такая локализация света позволит в перспективе достичь сверхвысокой плотности записи оптической информации до ~1 Пб/дм².

Благодаря субдифракционной локализации и гигантскому усилению оптического поля сегодня активно развивается спектроскопия и микроскопия одиночных молекул. Научная группа Сергея Харинцева из КФУ успешно использовала этот подход для развития ближнеполевой технологии сверхплотной записи оптической информации. Результаты их исследований были недавно опубликованы в высокорейтинговом журнале [Nanoscale (2016), doi: 10.1039/C6NR07508H, IF=7.8]. В этой работе авторы предложили новый физический принцип записи и хранения оптической информации, основанный на гигантском комбинационном рассеянии света.

Усиление и локализация лазерного света обеспечиваются оптической нано-антенной, которая освещается сильно-сфокусированным лазерным пучком с продольной и поперечной поляризацией. Этот подход был развит на основе исследований субволновой оптической анизотропии азо-полимерных пленок. Под действием поляризованного света азо-красители ориентируются во всех направлениях, перпендикулярных направлению поляризации. В случае сильно-сжатого оптического света эта задача не является тривиальной, поскольку поляризация ближнего поля зависит от геометрии и материала оптической антенны [Physical Review B 92, 115113–1 (2015) IF=3.7)].

Переключение между продольной и поперечной поляризацией позволяет записывать оптическую информацию в полосе поглощения красителя и считывать информацию за ее пределами. Скорость переключения между двумя состояниями зависит от локальной подвижности красителей в полимерной матрице, которая для тонких пленок критически зависит от их толщины. Авторы планируют в перспективе создать прототип органической ближнеполевой оптической памяти с ёмкостью до 100 ТБ/дм². Дальнейшее развитие субдифракционной оптической технологии будет связано с использованием лазерных пучков с орбитальным моментом, которые позволят дополнительно увеличить плотность записи в несколько раз.