ES2274874T3 - Memoria optica tridimensional. - Google Patents
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Abstract
Un aparato de memoria tridimensional para almacenar información en un volumen que comprende un medio activo, que es capaz de cambiar entre una primera y una segunda forma isómera en respuesta a la radiación de un rayo de luz que tiene una energía sustancialmente igual a una primera energía umbral, en el cual la relación de concentración entre una primera y una segunda forma isómera en una parte dada de volumen representa una unidad de dato; estando caracterizado el mencionado aparato de memoria porque el mencionado medio activo comprende derivados diarilalquenos de fórmula general Ar1R1C=CAr2R2, en donde Ar1 y Ar2, que podrían ser el mismo o diferente, son arilos sustituidos o no sustituidos independientemente, en donde los grupos sustituidos tienen una fuerte absorción en la región de los IR y; R1 y R2, que pueden ser el mismo o diferente, son grupos que tienen fuerte absorción en la región de los IR.
Description
Memoria óptica tridimensional.
Esta invención se refiere a un sistema de
almacenamiento y recuperación de datos en tres dimensiones.
En la presente descripción se hace referencia a
las siguientes publicaciones:
- 1)
- US 5.592.462
- 2)
- US 5.268.862
La era informatizada ha aumentado la necesidad
de proporcionar medios fiables para almacenar grandes cantidades de
datos. En la actualidad, las crecientes cantidades de información se
almacenan en ordenadores personales y comerciales, y con el avance
de la tecnología, esta demanda crecerá con seguridad. Un enfoque
para satisfacer una necesidad como ésta es usar procedimientos
ópticos para almacenar datos, ya que una memoria óptica posibilita
agrupar información como dígitos binarios a muy alta densidad.
Además, la información almacenada podría ser mantenida sin daños
durante largos periodos de tiempo, sin pérdida evidente de
información.
El documento US 5.592.462 (Beldock) describe un
sistema tridimensional para almacenar y recuperar datos. De acuerdo
con esta publicación, incorporada al presente documento por
referencia, los datos se almacenan y recuperan irradiando el medio
de almacenamiento con dos rayos de luz de interferencia. El uso de
dos rayos de luz permite la definición de la parte particular del
volumen que se está escribiendo o leyendo en cada caso.
El documento US 5.268.862 (Rentzepis) describe
un medio activo para usar en un sistema del tipo descrito por
Beldock. El medio permite usar dos formas de un derivado del
espirobenzopirano para representar los dos dígitos binarios. Sin
embargo, la memoria se mantiene una temperatura inferior a la
temperatura ambiente, típicamente a -78ºC. Por ello, escribir,
recuperar la información escrita y leer se realizan a esta baja
temperatura. Aumentar la temperatura borrará la información
almacenada, ya que el isómero activo es estable a temperatura
ambiente únicamente durante 150 segundos. El mantenimiento de una
memoria como ésta es caro y no puede ser usada comercialmente.
Además, el proceso de lectura está asociado con la detección de
fluorescencia; un proceso que implica calor, por lo que existe la
posibilidad de pérdida de datos almacenados durante la lectura.
Hay, por lo tanto, una necesidad de una memoria
óptica de bajo coste, estable y eficaz.
De acuerdo con un aspecto, la presente invención
proporciona un aparato de memoria tridimensional para almacenar
información en un volumen que comprende a un medio activo, que es
capaz de cambiar entre una primera forma isómera y una segunda
forma isómera y viceversa, en respuesta a una radiación luminosa de
una energía substancialmente igual a una primera energía umbral, en
el cual la relación de concentración entre la formas isómeras
primera y segunda en una parte de volumen dada representa una
unidad de dato; estando caracterizado el mencionado aparato de
memoria porque el mencionado medio activo comprende derivados
diarilalquenos, cuya fórmula general se describirá en lo que
sigue.
El medio activo de la presente invención puede
estar incrustado en una matriz de soporte, que puede ser un
polímero, y el medio activo está químicamente unido al mismo.
Alternativamente, la matriz de soporte puede ser una cera o una
micela y el medio activo está homogéneamente distribuido en el
mismo.
La información almacenada por el aparato de la
presente invención se almacena como una serie de unidades de
dato.
De acuerdo con otra realización, las unidades de
dato son dígitos binarios, y cada parte del medio activo
comprendida en el volumen representa un 0 o un 1. En este caso, se
establece un umbral alto de relación de concentración y una
relación de concentración baja, y partes de volumen que tienen una
relación de concentración por encima del umbral de relación alto
representan un dígito, mientras que las partes que tienen una
relación de concentración por debajo del umbral de relación bajo
representan el otro dígito. Por ejemplo, una parte de volumen que
tiene un 70% o menos de medio activo de la primera forma isómera,
puede representar 0, mientras que una parte de volumen que tenga un
80% o más de medio activo de la segunda forma isómera puede
representar 1.
Alternativamente, la representación de datos es
analógica, y cada relación de concentración representa una unidad de
dato predefinida.
\newpage
Un medio activo se debería entender como una
pluralidad de moléculas o de grupos activos de un polímero confinado
dentro de un volumen dado que sea capaz de cambiar sus estados
entre una forma isómera y otra.
La primera energía umbral corresponde a la
energía requerida para convertir foto-químicamente
una molécula del medio activo entre la primera forma isómera y la
segunda.
Derivados diarilalquenos de acuerdo con la
presente invención tienen la fórmula general
Ar_{1}R_{1}C=CAr_{2}R_{2}, en donde Ar_{1} y Ar_{2},
que podrían ser el mismo o diferente, son arilos sustituidos o no
sustituidos independientemente, en donde los grupos sustituidos
tienen una fuerte absorción en la región de los IR o pueden
presentar a difusión Raman eficaz y; R_{1} y R_{2}, que pueden
ser el mismo o diferente, son grupos que tienen fuertes absorciones
en la región de los IR.
Preferiblemente, el aparato de acuerdo con
invención comprende, además, medios para leer las unidades de dato
de las formas isómeras del medio activo en partes diferentes del
mencionado medio activo.
Preferiblemente, la forma isómera de una parte
específica del medio activo ha de estar controlada (en el proceso
por escrito) y determinada (en el proceso de lectura) diciendo hacia
la parte al menos dos rayos de luz que intersecan e interfieren en
su interior.
De acuerdo con otro de sus aspectos, la
invención proporciona un procedimiento de producción de un patrón
tridimensional de diferentes coeficientes de absorción para una luz
dada en un volumen que comprende el medio activo reivindicado. El
medio activo comprende derivados diarilalquenos según la
reivindicación 1, y es capaz de ser tanto un primer, segundo o
cualquier otra forma isómera. De acuerdo con este aspecto de la
invención, el medio activo es sensible al rayo de luz que tiene una
energía que es sustancialmente igual a una primera energía umbral.
Éste procedimiento de la invención comprende:
dirigir un primer rayo de luz, que tiene una
energía diferente a la mencionada en lo que antecede, primera
energía umbral a una parte seleccionada del medio activo; y
dirigir al menos un rayo de luz adicional que
tiene al menos una energía adicional que es diferente de la primera
energía umbral, a la misma parte seleccionada del medio activo;
en el cual la energía combinada del primer rayo
de luz y del al menos un rayo de luz adicional es sustancialmente
igual a la primera energía umbral.
En este procedimiento de la invención, la
transferencia desde una configuración de forma isómera hasta las
otras configuraciones de formas de isómeras es el resultado de una
absorción multifotón.
De acuerdo con otra realización de la presente
invención, el "al menos un rayo de luz adicional" es un único
rayo de luz adicional, y la transferencia desde una forma isómera
hasta la otra es el resultado de una absorción bifotón.
La energía combinada puede ser tanto la suma
como la diferencia de las energías de los diversos rayos de luz
dirigidos al volumen de la parte seleccionada.
Con el fin de comprender la invención y de ver
cómo puede ser llevada a cabo en la práctica, ahora se describirá
una realización preferida, por medio únicamente de un ejemplo no
limitativo, haciendo referencia a los dibujos que se acompañan en
los cuales:
Las figuras 1A y 1B ilustran, respectivamente,
un espectro U.V. de masa de estilbeno trans sustituido (diéster)
que muestra la formación del isómero cis, y el espectro del isómero
cis formado.
Las figuras 2A y 2B ilustran, respectivamente,
un espectro U.V. de masa de estilbeno trans sustituido (dialcohol)
de que muestra la formación del isómero cis, y el espectro del
isómero cis formado.
La figura 3 ilustra un espectro UV de una masa
de un estilbeno trans sustituido (diéster) de que muestra la
formación del isómero cis.
La figura 4 ilustra una dispersión Raman del
isómero cis.
De acuerdo con una realización preferida de la
presente invención, el medio activo está incrustado en una matriz
de soporte. La matriz de soporte puede ser un polímero, donde el
medio activo está químicamente unido a la misma, preferiblemente a
través de substituyentes de los grupos arilos de los derivados del
diarilalquenos. Alternativamente, el medio activo puede estar
distribuido homogéneamente dentro de un medio inerte, tal como cera
o micelas, que contiene el medio de forma fases cúbicas tales como
cuboson.
De acuerdo con una realización preferida de la
presente invención, el aparato de memoria de acuerdo con invención
comprende: medio para dirigir el rayo de luz que tiene una primera
energía, diferente de la primera energía umbral, hasta una parte
seleccionada del medio activo, y medio para dirigir rayos de luz
adicionales que tienen energías adicionales, diferentes de la
primera energía umbral, hasta la misma parte seleccionada del medio
activo. La energía combinada del primer rayo de luz y de los dos
rayos de luz adicionales es sustancialmente igual a la primera
energía umbral. Un sistema adecuado para esta realización se
describe en la referencia 2, y en la referencia 1, para el caso en
el cual se use un rayo de luz adicional.
En una realización preferida de la invención,
las formas isómeras del medio activo tienen un coeficiente de
absorción sustancialmente diferente para absorber energía de una
segunda energía umbral, permitiendo, de este modo, la recuperación
de la información de una forma similar a su forma preferida de
escritura, descrita en lo que sigue.
La escritura de la información se realiza
normalmente, de acuerdo con la presente invención, irradiando el
medio activo con luz en las regiones visibles o de UV, mientras la
lectura típicamente utiliza luz en la región de los IR, o puede ser
detectada midiendo la dispersión Raman. Tal proceso de lectura a una
energía pequeña no calienta el sistema y no confunde la información
almacenada.
El medio activo de acuerdo con la invención,
comprende derivados diarilalquenos de fórmula general
Ar_{1}R_{1}C = CAr_{2}R_{2}, los substituyentes R_{1} y
R_{2} de estos derivados arilalquenos o los substituyentes de los
anillos arilos determinan el espectro IR o el patrón de dispersión
Raman de las dos formas isómeras del medio activo. Los
substituyentes de los anillos arilos y los substityentes R_{1} y
R_{2} que puede ser los mismos o diferentes, se escogen entre
grupos que tienen fuerte absorción en la región IR o muestran
dispersión Raman. El espectro de IR de los sustituyentes arilos y
de los sustituyentes R_{1} y R_{2}, o su patrón de dispersión
Raman serán significativamente diferentes en cada una de las formas
isómeras del derivado diarilalqueno.
En consecuencia, los sustituyentes arilos y el
R_{1} y R_{2}, que pueden ser similares o diferentes, y
preferiblemente son el mismo, se seleccionan de entre el grupo de
los ácidos \beta-carboxílicos
C_{1-8} o de sus ésteres,
2-hidroxialquilo C_{1-8},
2-fluoroxi alquilo C_{1-8}, 2-nitro alquilo C_{1-8}, 2-ciano alquilo C_{1-8} o un grupo nitro. Alternativamente, uno de los R_{1} o R_{2} puede ser cómo se definió en lo que antecede, y el otro grupo puede ser un grupo polar, tal como un grupo haluro o ciano. Más preferiblemente, los substituyentes arilos y el R_{1} y R_{2} se escogen de entre 2-hidroxietilo o 2-hidroxipropilo.
2-fluoroxi alquilo C_{1-8}, 2-nitro alquilo C_{1-8}, 2-ciano alquilo C_{1-8} o un grupo nitro. Alternativamente, uno de los R_{1} o R_{2} puede ser cómo se definió en lo que antecede, y el otro grupo puede ser un grupo polar, tal como un grupo haluro o ciano. Más preferiblemente, los substituyentes arilos y el R_{1} y R_{2} se escogen de entre 2-hidroxietilo o 2-hidroxipropilo.
La dispersión Raman se puede seleccionar
mediante Coherence Anti-Stocks Raman
Spectroscopy (CARS), por Raman Induced Kere Effect
Spectroscopy (RIKES) o una variación de la misma.
El uso de tales derivados diarilalquenos de
acuerdo con la presente reivindicación 1, permite que el aparato de
memoria de la invención sea completamente operativo a temperatura
ambiente, debido a la gran estabilidad térmica de cada una de sus
formas isómeras. Los dos estados isómeros del diarilalqueno son
estables durante largos períodos, y no se produce ninguna
conversión intermedia espontánea térmicamente inducida de una forma
isómera a la otra. Está estabilidad habilita, además, que el aparato
de memoria ser de un tipo que puede ser escrito y leído
muchas
veces.
veces.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
1
Se disolvió
trans-4-bromoestilbeno dietilacetato puro en
acetonitrilo y se irradió con una lámpara de mercurio teniendo un
filtro de Hg. El espectro de UV mostrado en la figura 1A ilustra el
espectro del trans isómero puro (indicado con 9401). El
isómero cis tiene una fuerte absorción a 254 nm y, de este modo,
también se muestra el espectro resultante de la mezcla formada por
isómeros trans y cis después de 5 minutos de
irradiación (indicada con 9601), el espectro resultante de la
mezcla formada por isómeros trans y cis después de 8
minutos de irradiación (indicado con 9801) y el espectro resultante
de la mezcla formada por isómeros trans y cis después
de 15 minutos de irradiación (indicado con 0301). La figura 1B
ilustra el espectro del cis-4-bromoestilbeno
dietilacetato después de 18 horas de irradiación.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
2
Se disolvió bis
[2-hidroxipropilo]-trans-estilbeno puro en
acetonitrilo y se irradió con una lámpara de mercurio teniendo un
filtro de Hg. El espectro UV mostrado en la figura 2A ilustra el
espectro del isómero trans (indicado con 4301), el espectro
resultante de la mezcla formada por isómeros trans y
cis (que tiene una fuerte absorción a 254 nm) transcurridos
2 minutos de irradiación (indicada con 4401), el espectro resultante
de la mezcla formada por isómeros trans y cis
transcurridos 6 minutos de irradiación (indicado con 4501). El
espectro del acetonitrilo se indica con 4201. La figura 2B ilustra
el espectro del cis-estilbeno dipropanol como en la figura
2A, sin embargo tras la abstracción del espectro del
acetonitrilo.
Se disolvió trans-estilbeno dietilacetato
en acetonitrilo y se irradió con una lámpara de mercurio teniendo
un filtro de Hg. El espectro UV mostrado ilustra el espectro del
isómero trans puro (indicado con 5301), y el espectro
resultante del isómero cis formado (que tiene una fuerte
absorción a 254 nm) después de 22 horas de irradiación (indicado con
5501) (figura 3).
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
4
Se irradió bis
[2-hidroxipropilo]-cis-estilbeno
y el espectro de dispersión Raman resultante se ilustró mostrando
la absorción característica de los hidroxilos (figura 4).
Claims (19)
1. Un aparato de memoria tridimensional para
almacenar información en un volumen que comprende un medio activo,
que es capaz de cambiar entre una primera y una segunda forma
isómera en respuesta a la radiación de un rayo de luz que tiene una
energía sustancialmente igual a una primera energía umbral,
en el cual la relación de concentración entre
una primera y una segunda forma isómera en una parte dada de
volumen representa una unidad de dato;
estando caracterizado el mencionado
aparato de memoria porque el mencionado medio activo comprende
derivados diarilalquenos de fórmula general
Ar_{1}R_{1}C=CAr_{2}R_{2}, en donde Ar_{1} y Ar_{2}, que
podrían ser el mismo o diferente, son arilos sustituidos o no
sustituidos independientemente, en donde los grupos sustituidos
tienen una fuerte absorción en la región de los IR y;
R_{1} y R_{2}, que pueden ser el mismo o
diferente, son grupos que tienen fuerte absorción en la región de
los IR.
2. El aparato de memoria según la reivindicación
1, en el cual las mencionadas unidades de dato son dígitos
binarios.
3. En el aparato de memoria se según la
reivindicación 1, en el cual el mencionado medio activo está
incrustado en una matriz de soporte.
4. El aparato de memoria según la reivindicación
3, en el cual la mencionada matriz de soporte es un polímero, y el
mencionado medio activo está químicamente unido a un polímero.
5. El aparato de memoria de según la
reivindicación 3, en el cual la matriz de soporte es una cera o una
micela que forma una fase cúbica, y el mencionado medio activo está
homogéneamente distribuido en su interior.
6. El aparato de memoria según la reivindicación
1, que comprende:
medio para dirigir un rayo de luz que tiene una
primera energía, diferente de la mencionada primera energía umbral,
hacia una parte seleccionada del medio activo; y
medio para dirigir al menos un rayo de luz
adicional que tiene al menos una energía adicional, también
diferente de la mencionada primera energía umbral, hacia la
mencionada parte seleccionada del medio activo;
en el cual las energías combinadas del primer
rayo de luz y de la del al menos un rayo de luz adicional son
sustancialmente iguales a las de la primera energía umbral.
7. El aparato según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6 que comprende, además, medios para leer las
unidades dato de la relación de concentración de los estados
isómeros del medio activo en diferentes partes del mencionado medio
activo.
8. El aparato según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, en el cual las dos formas isómeras tienen un
coeficiente de absorción sustancialmente diferente para absorber
energía de una segunda energía umbral.
9. El aparato según la reivindicación 8, en el
cual el mencionado coeficiente de absorción sustancialmente
diferente está en la región de los IR.
10. El aparato según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, en el cual las dos formas isómeras tienen
un patrón de dispersión sustancialmente diferente de energía
incidente.
11. El aparato según la reivindicación 10, en el
cual el mencionado patrón de dispersión sustancialmente diferente
de energía incidente es dispersión Raman.
12. El aparato según cualquiera de las
reivindicaciones 8 a 9, en el cual el mencionado medio para leer las
unidades de dato, comprende medios para dirigir un primer rayo de
luz que tiene una energía diferente de la mencionada segunda
energía umbral, hacia una parte seleccionada del medio activo; y
medio para dirigir al menos un rayo de luz adicional que tiene al
menos una energía adicional diferente de la mencionada segunda
energía umbral, hacia la mencionada parte seleccionada del medio
activo;
en el cual la energía combinada del primer rayo
de luz y del mencionado al menos un rayo de luz adicional es
sustancialmente igual a la mencionada segunda energía umbral.
13. El aparato de memoria según la
reivindicación 1, en el cual los grupos arilos Ar_{1} y Ar_{2}
son sustituidos por substituyentes, y en el cual los mencionados
substituyentes y los grupos R_{1} y R_{2} se seleccionan de
entre los ácidos
\beta-carboxílicos C_{1-8} o de sus ésteres, 2-hidroxi alquilo C_{1-8}, 2-fluoroxiC_{1-8} alquilo, 2-nitro alquilo C_{1-8}, 2-ciano alquilo C_{1-8} o un grupo nitro.
\beta-carboxílicos C_{1-8} o de sus ésteres, 2-hidroxi alquilo C_{1-8}, 2-fluoroxiC_{1-8} alquilo, 2-nitro alquilo C_{1-8}, 2-ciano alquilo C_{1-8} o un grupo nitro.
14. El aparato de memoria según la
reivindicación 13, en el cual los grupos R_{1} y R_{2} son
seleccionados de entre 2-hidroxietilo o
2-hidroxipropilo.
15. El aparato de memoria según las
reivindicaciones 13 ó 14, en el cual los substituyentes de los
grupos arilos Ar_{1} y Ar_{2} son los mismos, y los grupos
R_{1} y R_{2} son los mismos.
16. El aparato de memoria según la
reivindicación 1, en el cual los grupos arilos Ar_{1} y Ar_{2}
son sustituidos con substituyentes, y
en el cual los mencionados substituyentes son
diferentes de los grupos R_{1} y R_{2}, en el cual uno se
escoge de entre ácidos \beta-carboxílicos
C_{1-8} o sus ésteres, 2-hidroxi
alquilo C_{1-8}, 2-fluoroxi
alquilo C_{1-8}, 2-nitro alquilo
C_{1-8}, 2-ciano alquiol
C_{1-8} o un grupo nitro, y el otro se escoge de
entre un grupo haluro o ciano.
17. El aparato de memoria según la
reivindicación 16, en el cual los grupos R_{1} y R_{2} son
seleccionados de entre 2-hidroxietilo o
2-hidroxipropilo
18. Un procedimiento para producir un patrón
tridimensional de diferentes coeficiente de absorción para una
energía umbral dada en un volumen que comprende un medio activo, el
mencionado medio activo comprende derivados diarilalquenos de
fórmula general Ar_{1}R_{1}C=CAr_{2}R_{2},
en donde Ar_{1} y Ar_{2}, que podrían ser el
mismo o diferente, son arilos sustituidos o no sustituidos
independientemente, en donde los grupos sustituidos tienen una
fuerte absorción en la región de los IR y;
R_{1} y R_{2}, que son el mismo o diferente,
son grupos que tienen fuerte absorción en la región de los IR, y es
capaz de ser tanto una primera como una segunda forma isómera,
siendo el mencionado medio sensible a la radiación de una energía
sustancialmente igual a una primera energía umbral;
comprendiendo el procedimiento:
dirigir un rayo de luz, que tiene una primera
energía diferente de la mencionada primera energía umbral, hasta
una parte seleccionada del medio activo; y
dirigir al menos un rayo de luz diferente que
tiene al menos otra energía, diferente de la mencionada primera
energía umbral, hasta la mencionada parte seleccionada del medio
activo;
en el cual la energía combinada del primer rayo
de luz y la del al menos un rayo de luz adicional son
sustancialmente iguales al primer nivel de energía umbral.
19. Un procedimiento para leer datos a partir de
un patrón tridimensional de diferentes coeficientes de absorción
para una energía umbral dada, comprendiendo:
dirigir un primer rayo de luz que tiene una
primera energía, diferente de la mencionada segunda energía umbral,
hacia una parte seleccionada del medio activo, comprendiendo
derivados diarilalquenos de fórmula general
Ar_{1}R_{1}C=CAr_{2}R_{2},
en el cual Ar_{1} y Ar_{2}, que podrían ser
el mismo o diferente, son arilos sustituidos o no sustituidos
independientemente, en donde los grupos sustituidos tienen una
fuerte absorción en la región de los IR y;
dirigir al menos un rayo de luz adicional que
tiene al menos una energía adicional, diferente de la mencionada
energía umbral, hacia la mencionada parte seleccionada del medio
activo;
en el cual la energía combinada del primer rayo
de luz y del al menos un rayo de luz adicional es sustancialmente
igual a la energía umbral.
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