CIQA | Centro de Investigación en Química Aplicada - Novedosos polímeros para grabar información digital en volumen
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Novedosos polímeros para grabar información digital en volumen

El Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA) y el Centro de Investigaciones en Óptica (CIO) han desarrollado de manera conjunta una serie de polímeros fotosensibles (azopolímeros) que permiten grabar información digital en volumen. El grabado en volumen se lleva a cabo en la parte interna del disco y no en la superficie como ocurre en el CD (compact disc), DVD (digital versatile disc) y Blu ray, que son los dispositivos que actualmente se usan para guardar información en forma digital. Así, es posible grabar en un sólo disco varias capas de información, superando en mucho la capacidad del CD, DVD y Blu ray. Todos hemos sido testigos del acelerado incremento en el volumen de información que hay que almacenar, procesar y transferir, y de como muchos equipos y dispositivos de cómputo se han vuelto obsoletos en poco tiempo por sus limitaciones para llevar a cabo estos procesos. Las necesidades de almacenamiento y transferencia de información se seguirán incrementando, por lo que cada vez hay que desarrollar dispositivos de mayor capacidad. Las memorias de almacenamiento de información en volumen aún se encuentran en desarrollo y hay algunas dificultades por superar, como registrar y leer cientos (o tal vez miles) de capas de información en un sólo disco, sin que haya interferencia entre unas y otras. El beneficio de esta tecnología sería grabar en un simple disco lo que en la actualidad se graba en cientos. Además, si el registro y lectura de la información es holográfico podría transferirse mucha mayor información en menor tiempo.
 
El siglo XX fue testigo del nacimiento de la informática, que es una herramienta útil para el almacenar, procesar y transmitir información y datos en forma digital. En poco tiempo, ésta encontró aplicaciones en numerosas y variadas áreas de la actividad humana, trayendo consigo incontables beneficios. Para esto ha sido necesario el desarrollo de una serie de equipos y dispositivos entre los que destacan las memorias digitales, que son unidades de almacenamiento de información.

Las memorias digitales funcionan a través de cambios inducidos en sus propiedades ópticas o magnéticas en puntos específicos, y que corresponden al registro (grabado) de información, que posteriormente es recuperada (lectura). El registro (en el lenguaje común se dice “quemar un disco”) de información se lleva a cabo en la superficie de una película delgada de un material funcional, depositada sobre un material mecánicamente resistente como el policarbonato. La capacidad de almacenamiento en disco se mejoró disminuyendo la longitud de onda () del láser utilizado para el grabado y lectura de información (CD 780 nm, DVD 650 nm y Blu-ray 405 nm), e incrementando la apertura numérica (AN) de la lente objetivo que focaliza el rayo sobre la superficie del disco (AN: CD 0.45, DVD 0.60 y Blu-ray 0.85). Así, se logró desarrollar el disco Blu-ray que funciona con un láser azul cuyo spot es muy pequeño (Figura 1), lo que permite grabar grandes cantidades de información (25 Gigabytes).


Figura 1. Representación del grabado de información en una pequeña área de los discos CD, DVD y Blu ray.

Una alternativa para incrementar sustancialmente la capacidad de almacenamiento de Gigabytes a Terabytes es el grabado holográfico en volumen; es decir, grabar hologramas en el interior de un disco. Para esto se requiere que el disco tenga un grosor de alrededor de 1 mm. El grabado holográfico se lleva a cabo cuando, en un punto determinado al interior del disco, se hacen coincidir dos rayos láser cuyo patrón de interferencia queda registrado en el material a través de la modificación de sus propiedades ópticas. Uno de los rayos láser (haz objeto) lleva la información que será grabada en forma de holograma, mientras que el otro es un haz de referencia. Para recuperar la información, el holograma registrado es iluminado con el haz de lectura, el cual es parcialmente difractado reconstruyendo el rayo objeto, como se muestra en la figura 2. Los rayos láser pueden hacerse coincidir en cualquier punto al interior del disco, lo que permite grabar, a diferente profundidad, varias capas de información que equivalen a varios discos simples superpuestos.
CL Figura 2

Figura 2. Representación del grabado holográfico y lectura en disco (izquierda). Isómeros del azobenceno (derecha).
 
Entre los materiales que más han llamado la atención para el registro holográfico se encuentran los polímeros portadores de grupos azobenceno, comúnmente llamados azopolímeros. El azobenceno es una molécula que posee dos bencenos unidos entre sí por un grupo azo (N=N). En el polímero los azobencenos se encuentran orientados al azar, sin embargo, cuando se le irradia con un láser linealmente polarizado (luz que tiene asociado un campo eléctrico en una sola dirección) éstos se orientarán progresivamente hacia una misma dirección produciéndose un cambio en la anisotropía del material, propiedad que se usa para el registro de información. La anisotropía foto-inducida en películas de azopolímero es de tipo óptica y puede consistir en diatenuación o birrefringencia (absorción y velocidad de propagación de la luz dependiente de la dirección de campo eléctrico, respectivamente). En múltiples experimentos se ha observado que la orientación molecular ocurre de forma coordinada cuando los azobencenos ya poseen un cierto orden, como ocurre en los polímeros semicristalinos y en los cristales líquidos poliméricos. En ambos polímeros los azobencenos presentan un cierto arreglo, por lo cual el cambio de orientación corresponde a una reorientación que ocurre en forma coordinada entre las moléculas. Esto permite una mejor respuesta al grabado de información.

También se ha observado que la información grabada es más estable en materiales semicristalinos y cristales líquidos por su tendencia natural hacia la organización molecular. Los azobencenos suelen unirse al polímero por varias razones. Una de ellas es la capacidad de los polímeros de formar películas estables, mecánicamente resistentes. Otra, y no menos importante, es que unidos al polímero los azobencenos producen movimientos moleculares que permiten el grabado de hologramas. Para esta aplicación los azopolímeros deben poseer alta sensibilidad óptica, respuesta rápida y buena estabilidad de la información grabada. En proyectos de colaboración científica desarrollados en los últimos 10 años, el CIQA y el CIO han obtenido nuevos polímeros con grupos fenilen-azobenceno altamente anisotrópicos que tienen propiedades de cristal líquido y, que por sus propiedades foto-inducidas, son candidatos potenciales para ser usados en memorias de almacenamiento holográfico.

Dr. Dámaso Navarro, Investigador Titular C del Departamento de Materiales Avanzados del CIQA, Nivel II del SNI


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