Nuevos materiales fotocroacutemicos orgaacutenicos y las aplicaciones seleccionadas

1 Introduccioacuten

El fotocromismo se define como una transformacioacuten reversible en una especie quiacutemica entre dos formas que tienen diferentes espectros de absorcioacuten por fotoirradiacioacuten Se trata simplemente de un cambio reversible inducida por la luz de color Se ha convertido en un nombre comuacuten porque muchas personas usan gafas fotocromaacuteticas que se oscurecen en el sol y recuperan su transparencia a la luz difusa Los primeros vasos comerciales estaban hechas de lentes de vidrio impregnados con sales inorgaacutenicas (principalmente plata) Comencemos con el efecto fotocroacutemico en materiales inorgaacutenicos Hemos llevado a cabo los estudios sobre la absorcioacuten fotocroacutemico en monocristales dopados sillenite principalmente con elementos metaacutelicos transitorios (Mn Cr y Co) [1]

El efecto fotocroacutemico es un proceso reversible de los cambios de absorcioacuten en algunos materiales inducidos por la iluminacioacuten Los cambios pueden ser retirados y la absorcioacuten se puede poner en su valor inicial por medio de la iluminacioacuten asiacute como por recocido En documentos [12] la atencioacuten especial se ha dedicado a los cristales individuales como Bi12GeO20 (BGO) Bi12SiO20 (BSO) y BTPbO dopados con transicioacuten o de metales de tierras raras En estos documentos se describen los meacutetodos de medicioacuten y la instrumentacioacuten conectados con este efecto y los espectros de absorcioacuten baacutesica seleccionada de los cristales individuales investigados que permiten entender algunas de las caracteriacutesticas del efecto fotocroacutemico se producen en estos cristales La adjunta en estos documentos algunas curvas seleccionadas proporcionan la informacioacuten valiosa acerca de los fenoacutemenos fiacutesicos que intervienen en la coloracioacuten y decoloracioacuten procesos en estas sola cristales Se encontroacute que en el caso de cristales individuales BGO y BSO los elementos de dopaje de metal transitoria sustituyen aacutetomos de germanio (silicio)El efecto fotocroacutemico debe conectarse con el cambio en su estado de carga por uno es decir de electrones Mn + 4 + 5 rarr Mn y Cr + 3 rarr Cr + 4La absorcioacuten en Mn + 4 resultados de iones en la transicioacuten del electroacuten a la banda de conduccioacuten en el que estaacute atrapado en la trampa de electrones Antes de la iluminacioacuten tanto Mn + 4 y existen Mn + 5 centros Despueacutes de iluminacioacuten casi todos Mn + 4 centros se transfieren al estado Mn + 5El modelo similar fue propuesto para el caso de BGO Cr aquiacute tenemos Cr + 3 rarr Cr + 4 transicioacuten En el caso de cristales mixtos BTPbO las bandas de absorcioacuten estaacuten asociados con la polaron unido al ion localizada tetraeacutedrica o al centro anaacuteloga Bi + 3 + h Algunos BTPbO monocristales muestran el llamado espectro gris Este tipo de espectro es probable que consisten de muchas otras bandas casi ideacutenticos situados estrechamente a cada uno

Ahora algunos logros maacutes recientes en las investigaciones de efecto fotocroacutemico en materiales orgaacutenicos En los uacuteltimos antildeos los lentes fotosensibles orgaacutenicos que son maacutes ligeros y por lo tanto maacutes coacutemodos de usar a pesar de su limitada de por vida han hecho un avance importante en el mercado mundial El hecho de que algunas especies quiacutemicas pueden someterse a reacciones fotoquiacutemicas reversibles crea la posibilidad de un nuacutemero de aplicaciones Por ejemplo los fenoacutemenos fiacutesicos reversible se puede aplicar en sistemas de datos oacuteptico de memoria (en modo de fotoacuten borrable de medios de grabacioacuten oacuteptica)

[3] recuerdos y conmutadores oacutepticos corriente eleacutectrica variable de transporte de iones a traveacutes de membranas humectabilidad variables etc Para este propoacutesito compuestos fotocroacutemicos orgaacutenicos se incorporan a menudo en poliacutemeros materiales cristalinos liacutequidos u otras matrices

Numerosos otros usos tambieacuten se han explorado con resultados alentadores En el caso de los sistemas de memoria de almacenamiento oacutepticos el intereacutes de los compuestos fotocromaacuteticos se basa en el hecho de que la grabacioacuten en modo fotoacuten tiene ciertas ventajas sobre el modo de calor en cuanto a la velocidad de resolucioacuten de la escritura y capacidad de grabacioacuten muacuteltiplex [3]Ademaacutes la fatiga debido al movimiento de material se elimina A pesar de estas ventajas las moleacuteculas fotocroacutemicas Todaviacutea esperan aplicaciones maacutes praacutecticas La razoacuten es que deben cumplir con muchos requisitos tales como a) fatiga-foto baja (puede ser completado un ciclo muchas veces sin peacuterdida de rendimiento) b) la capacidad de almacenamiento (estabilidad teacutermica) c) la sensibilidad al laacuteser de diodo (650- 830 nm) d) los rendimientos cuaacutenticos altos y e) la capacidad destructiva de lectura Dispositivos de almacenamiento de memoria oacutepticos tales como discos compactos (CD) y discos magneto-oacutepticos (MO) se estaacuten convirtiendo en esencial como audio y medios de almacenamiento visuales asiacute como medios de almacenamiento de datos de ordenador externo En estos dispositivos un rayo laacuteser se utiliza para registrar y leer la informacioacuten Desde el punto de laacuteser se puede enfocar a un radio de 1 m mayores densidades y capacidades pueden lograrse con memoria oacuteptica que con memoria magneacutetica convencional

La densidad de datos alcanzable por los dispositivos de memoria oacuteptica estaacute limitada en uacuteltima instancia por la difraccioacuten de las ondas electromagneacuteticas Teacutecnicas de registro de datos actuales casi se han alcanzado este liacutemite superior con discos CD y MO disponibles en el mercado Incluso la utilizacioacuten de un infinitamente grande lente objetivo con una alta apertura numeacuterica (NA) valor no se puede reducir la distancia de resolucioacuten de los datos de bits para la grabacioacuten y la lectura a menos de la mitad de la longitud de onda del haz Algunas mejoras pueden esperarse con la aplicacioacuten de las de onda corta laacuteseres compactos que emiten luz azul o verde [4]La duplicacioacuten de la frecuencia del laacuteser reduce el radio punto del haz por 2 lo que aumenta la densidad por 4 (cuando se graba en dos dimensiones)Sin embargo para aumentar la densidad de memoria a 100 veces la corriente de referencia diodos laacuteser con longitudes de onda de salida de 10 veces maacutes cortas que las disponibles actualmente tendriacutean que ser empleado Otro enfoque para aumentar la densidad de memoria es utilizar cerca de-campo de la oacuteptica [56]

Un tercer enfoque y uno que promete aumentar draacutesticamente la densidad de memoria es el desarrollo de materiales fotosensibles [78]Estos materiales pueden someterse a la grabacioacuten en modo de fotones que se basa en una reaccioacuten fotoquiacutemica en el medio en comparacioacuten con la grabacioacuten en modo de calor empleado con los medios oacutepticos actualmente en uso En la grabacioacuten en modo de fotoacuten caracteriacutesticas de la luz tales como longitud de onda la polarizacioacuten y la fase se pueden multiplexar para permitir el almacenamiento de datos y por lo tanto tienen el potencial de aumentar draacutesticamente la densidad de memoria alcanzable

En esta revisioacuten se describe un meacutetodo que utiliza materiales fotocroacutemicos para superar el liacutemite de corriente de densidad de memoria mediante la introduccioacuten de una dimensioacuten axial adicional para el proceso de grabacioacuten [910]En este meacutetodo el eje z o longitudinal se utiliza ademaacutes de la dimensioacuten de la superficie (espacio xy) de memoria oacuteptica convencional Los datos se escriben por lo tanto no en la superficie del material pero dentro de las tres dimensiones (3D) el volumen del material Esta revisioacuten se centra en la evolucioacuten reciente de memorias oacutepticas multicapas bitoriented basadaen materiales fotosensibles Los materiales fotosensibles tratados aquiacute estaacuten todos los sinteacuteticos

2 Breve resentildea histoacuterica

Fritzsche informoacute en 1867 [11] el blanqueo de una solucioacuten de color naranja de tetraceno en la luz del diacutea y la regeneracioacuten del color en la oscuridad Maacutes tarde ter Meer [12] encontroacute un cambio de color de la sal de potasio de dinitroethane en el estado soacutelido (amarillo en la oscuridad roja en la luz del diacutea)En 1899 Markwald estudioacute el cambio reversible de color de la 2344-1-tetrachloronaphthalen (4H) -ona (1048739 -TCDHN) en estado soacutelido [13]Creiacutea que era una pura fenoacutemeno fiacutesico nombraacutendolo fototrofiacutea Aunque utilizado en ese periacuteodo ese teacutermino no es adecuado y debe ser evitado ya que es similar a fototropismo que denota fenoacutemenos bioloacutegicos (veacutease maacutes adelante)El intereacutes en fotocromismo era continua pero limitada hasta el periacuteodo 1940-1960 que registroacute un aumento de los estudios mecaniacutesticos y sinteacuteticos en particular en los grupos de investigacioacuten de Hirshberg y Fischer en Israel En 1950 Hirshberg [14] sugiere el teacutermino fotocromismo [de las palabras griegas phos (luz) y croma (color)] para describir el fenoacutemeno Este es el nombre que se utiliza hoy en diacutea Sin embargo no se limita a compuestos coloreados se aplica a sistemas de absorcioacuten de UV de la medida a la IR y las reacciones a muy raacutepidos o muy lentos

Durante la deacutecada de 1960 fotocromismo expandido en paralelo con el desarrollo de meacutetodos fiacutesicos (IR RMN rayos X UV resuelta en el tiempo y la espectroscopia de flash) y la siacutentesis orgaacutenica Gafas fotocromaacuteticas se dispusiera en ese periacuteodo y que estimularon la investigacioacuten futher Aplicaciones tales como el proceso de micro fotocroacutemico imagen (PCMI) que mostroacute por ejemplo la posibilidad de reducir las 1245 paacuteginas de una Biblia a alrededor de 6 cm2 atraiacutedo un intereacutes considerable Un importante libro fue publicado en 1971 [15]Sin embargo pareciacutea que la foto degradacioacuten de las familias conocidas de fotocromos orgaacutenicos limita su potencial para aplicaciones [16]Una reactivacioacuten de la actividad se inicioacute en la deacutecada de 1980 debido fundamentalmente a la elaboracioacuten de derivados de cromeno espirooxazina y resistentes a la fatiga Se activan la fabricacioacuten y la aplicacioacuten comercial de las lentes oftaacutelmicas fotocroacutemicas Desde entonces otros sistemas comerciales se han desarrollado y los nuevos sistemas fotosensibles se han descubierto y explorado Paralelamente varios libros han sido impresos (veacutease maacutes adelante) un flujo de artiacuteculos en revistas cientiacuteficas ha aparecido y simposios internacionales sobre fotocromismo (ISOP) se han organizado

3 Definiciones y conceptos generales

31 Definicioacuten de fotocromismo

El fotocromismo es una transformacioacuten reversible de una especie quiacutemica inducidas en una o ambas direcciones por la absorcioacuten de la radiacioacuten electromagneacutetica entre dos formas A y B que tiene un diferente espectro de absorcioacuten (Fig 1) La forma termodinaacutemicamente estable A se transforma por irradiacioacuten en la forma B La reaccioacuten inversa puede ocurrir teacutermicamente (fotocromismo de tipo T) o foto quiacutemicamente (fotocromismo de tipo P)

Los sistemas fotocroacutemicos orgaacutenicos maacutes prevalentes implicar reacciones unimoleculares las moleacuteculas fotocroacutemicas maacutes comunes tienen un incoloro o paacutelido amarillo forma A y una forma de color B (por ejemplo rojo o azul) Este fenoacutemeno se denomina a fotocromismo como positivo Otros sistemas son biomolecular tales como los que implican reacciones fotocicloadicioacuten Cuando λmax (A)gt λmax (B) fotocromismo es negativa o inversa

Se encuentran Los procesos unimoleculares por ejemplo con espiropiranos una familia de moleacuteculas que se ha estudiado ampliamente Espiropiranos fotocroacutemicos soacutelido o soluciones (en etanol tolueno eacuteter cetonas eacutesteres etc) son incoloros o deacutebilmente coloreados Tras la irradiacioacuten UV se vuelven de color Las soluciones de colores se desvanecen teacutermicamente a su estado original en muchos casos tambieacuten se pueden decolorar (blanqueado) por la luz visible Unos espiropiranos muestran fotocromismo negativo Ellos son de color en la oscuridad y blanqueados por la luz UV Muchos espiropiranos tambieacuten son termocroacutemico (ver definicioacuten maacutes abajo) y los espectros de las formas de color son ideacutenticos a los producidos fotoquiacutemicamente

Modelos 32 solo fotoacuten y de dos fotones

En general los procesos fotocroacutemicos implican un mecanismo de un solo fotoacuten B se forma a partir de la singlete (1A ) o triplete (3A ) estados excitados o ambos B la photoproduct tambieacuten puede formarse a partir de un estado excitado superior poblado por absorcioacuten de dos fotones

Fotocromismo de dos fotones

La probabilidad de transicioacuten para poblar el estado final (por lo tanto para obtener el fotoproducto) depende del producto del fotoacuten irradiancias Ep (1) y Ep (2) de los dos haces emocionantes Es por lo tanto ventajoso utilizar laacuteseres que emiten alta irradiacioacuten de fotones tales como los que la generacioacuten de picosegundos o subpicosegundos pulsos Dos procesos de absorcioacuten se pueden distinguir

a) la absorcioacuten simultaacutenea de dos fotones a traveacutes de un nivel virtual (Fig 2a)

b) por pasos (o secuencial) de absorcioacuten de dos fotones donde tiene lugar la segunda absorcioacuten de fotones de un nivel real (Fig 2b) La diferencia en la espectrometriacutea de propiedades (oacutepticas) se acompantildea de una diferencia de otras propiedades fiacutesicas El proceso simultaacuteneo (a) ha sido utilizado con eacutexito para excitar las moleacuteculas fotocroacutemicas en posiciones especiacuteficas dentro de un volumen para sistemas de memoria 3D (proceso de escritura) Un proceso de absorcioacuten de dos fotones tambieacuten se utilizoacute para excitar las moleacuteculas escritas que emiten fluorescencia (proceso de lectura) (Fig 3) [1718]

El proceso de excitacioacuten puede tambieacuten proceder a traveacutes de un intermedio metaestable (b) del proceso como con el derivado de dinaftopirano (1)Se encontroacute para isomerizar al derivado bicyclohexene (2) a traveacutes de una X intermedio (no aislado)Se ha utilizado dos fotones de 405 nm y observado que el rendimiento cuaacutentico de 110487392 es proporcional al cuadrado de la irradiacioacuten de fotones Se encontroacute que la reaccioacuten inversa 210487391 para proceder a 334 nm [19]

33 Las familias de compuestos fotocromaacuteticos orgaacutenicos

Famielies de Spiropyrams espirooxazinas y azo compuestos fotocroacutemicos orgaacutenicos se muestran en la Fig 4 En todos los casos HV2 ltHV1

4 Fotocroacutemico Orgaacutenica Para La memoria en tres Dimensiones

Un compuesto fotocroacutemico se caracteriza por su capacidad para alternar entre dos formas quiacutemicas diferentes que tienen diferentes espectros de absorcioacuten en respuesta a la irradiacioacuten por la luz de los medios de comunicacioacuten de onda de memoria adecuada (1) estabilidad teacutermica de ambos isoacutemeros (2) la resistencia a la fatiga durante ciacuteclico escribir y borrar procesos (3) una respuesta raacutepida (4) alta sensibilidad y (5) la capacidad de lectura no destructiva

Para la grabacioacuten 3D se prefiere un gran coeficiente de absorcioacuten de dos fotones porque la memoria 3D utiliza esencialmente un proceso de dos fotones para acceder a un punto dentro del medio volumeacutetrico En la siguiente seccioacuten se describen compuestos fotosensibles tiacutepicos utilizados para memorias 3D

Derivados Spirobenzopyran

Rentzepis et al [20] primero demostrado un sistema de memoria oacuteptica 3D orientado a bits utilizando un spirobenzopyran fotocroacutemico el espectro de absorcioacuten de los cuales se muestra en la Fig 5 Isoacutemero A tiene una banda de absorcioacuten maacutes corta que 450 nm y tras la irradiacioacuten con luz ultravioleta (UV) que se convierte en el isoacutemero B que tiene una banda de absorcioacuten alrededor de 600 nm (Fig 5) Isoacutemero B emite fluorescencia en torno a 700 nm tras fotoexcitacioacuten con 500 a 700 nm de luz

La Figura 6 ilustra el principio de memoria oacuteptica 3D basado en un proceso de dos fotones propuesto por Rentzepis et al [2021] Se utilizan dos haces de acceder a un punto en un medio de grabacioacuten volumeacutetrica Para la escritura de datos lo que requeriacutea de excitacioacuten en el ultravioletrange una absorcioacuten de dos fotones que implica ya sea un 1064 y un fotoacuten nm 532 (correspondiente a 355 nm de excitacioacuten) o dos fotones de 532 nm (correspondiente a 266 nm de excitacioacuten) En la interseccioacuten de las dos vigas isoacutemero A absorbe dos fotones simultaacuteneamente y photoisomerized al isoacutemero B

Se empleoacute un proceso de dos fotones similar para la lectura de datos Cuando isoacutemeros moleacuteculas B fueron excitados por la absorcioacuten de dos fotones 1064 nm la excitacioacuten causada soacutelo las moleacuteculas escritas para fluorescencia Aunque este meacutetodo de fluorescencia lectura es sensible la memoria se borra durante el proceso de lectura debido a los usados parcial para la ocurrencia de la reaccioacuten inversa de fotoexcitado

isoacutemero B al isoacutemero A Desafortunadamente un meacutetodo de lectura destructivo tal como esto no es praacutectico El desarrollo de meacutetodos no destructivos de lectura es esencial para que este sistema se convierta en praacutectica [8] Por lo tanto el meacutetodo maacutes prometedor es leer las memorias mediante la deteccioacuten de los cambios del iacutendice de refraccioacuten que acompantildean a la fotoisomerizacioacuten inducida por la luz de larga longitud de onda Este meacutetodo de lectura no induce reacciones fotosensibles

Lectura no destructiva se demostroacute usando una pequentildea diferencia en el iacutendice de refraccioacuten de los spirobenzopyranisomers (Fig 7) en el IR cercano [22] Se detectoacute la pequentildea variacioacuten del iacutendice de refraccioacuten mediante un diferencial de microscopio de contraste de fase de exploracioacuten laacuteser infrarrojo cercano (Fig 7) Los dos isoacutemeros de la spirobenzopyran tienen espectros de absorcioacuten muy diferente lo que sugiere que los isoacutemeros tambieacuten tienen diferentes iacutendices de refraccioacuten En la regioacuten del IR cercano alrededor de 800 nm ambos isoacutemeros tienen una absorcioacuten despreciable Por lo tanto la luz IR cercano necesario para leer el cambio de iacutendice de refraccioacuten no estimula la fotorreaccioacuten fotocroacutemico

Lectura no destructiva se demostroacute usando una pequentildea diferencia en el iacutendice de refraccioacuten de los spirobenzopyranisomers (Fig 7) en el IR cercano [22] Se detectoacute la pequentildea variacioacuten del iacutendice de refraccioacuten mediante un diferencial de microscopio de contraste de fase de exploracioacuten laacuteser infrarrojo cercano (Fig 7)Los dos isoacutemeros de la spirobenzopyran tienen espectros de absorcioacuten muy diferente lo que sugiere que los isoacutemeros tambieacuten tienen diferentes iacutendices de refraccioacuten En la regioacuten del IR cercano alrededor de 800 nm ambos isoacutemeros tienen una absorcioacuten despreciable Por lo tanto la luz IR cercano necesario para leer el cambio de iacutendice de refraccioacuten no estimula la fotorreaccioacuten fotocroacutemico

Los datos fueron registrados por enfocar la luz laacuteser (4416 nm) en las dos capas que fueron separados por tanto como 70 μ m utilizando un microscopio de barrido laacuteser como se muestra en la Fig 8 Secuencias de bits de 24 x 24 bits por capa que forman las letras A y B se obtuvieron El intervalo de bit era 5 μ x 5 m en cada capa y la distancia de separacioacuten entre las capas fue de 70 μ fig La figura 9 muestra la lectura de las dos capas La diafoniacutea entre las capas era lo suficientemente pequentildeo para permitir que los datos grabados para ser claramente leiacutedos por el microscopio de contraste de fase diferencial Dado que la intensidad de la sentildeal era proporcional a la derivada del iacutendice de refraccioacuten las lecturas en los bordes de los bits se han mejorado ligeramente La velocidad de exploracioacuten era una capa por seg y la lectura se podriacutea repetir maacutes de 7000 veces sin destruir la informacioacuten grabada La diferencia en los iacutendices de refraccioacuten de los dos isoacutemeros se midioacute para ser 002 nm a 830 nm Desafortunadamente los spirobenzopyrans utilizados en el sistema anteriormente tienen poca durabilidad y los isoacutemeros foto generados eran teacutermicamente inestable

Derivados diarileteno

A derivados de diarileteno contienen los anillos heterociacuteclicos especiacuteficamente (a) 12-bis (2- metil-1-benzotiofen-3-il) perfluorocyclopentene y (b) 2- (12-dimetil-3-indolil) -3 - (245-trimetil-3-tienilo) de anhiacutedrido maleico [823]Estos compuestos no presentan

thermochromicity incluso a 200 deg C y sus formas de colores anillos cerrados son estables durante maacutes de 3 meses a 80 deg C Ademaacutes el ciclo de reaccioacuten de ciclacioacuten apertura de anillo se puede repetir maacutes de 104 veces sin peacuterdida de rendimiento fotocroacutemico Por lo tanto los derivados diarileteno de este tipo actualmente son los fotocroacutemico maacutes prometedor 12-bis (2 45-trimetil-3-tienil) eteno (B1536) se utilizoacute como un medio de memoria oacuteptico fotocroacutemico [24]B1536 no excitado existe como un isoacutemero de color amarillo que se convierte en un isoacutemero rojo tras la irradiacioacuten con luz 380 nm Los datos escritos de esta manera se pueden borrar irradiando el medio con 543 nm de luz

Este material fotocroacutemico (B1536) no exhibioacute ninguna fatiga aparente incluso despueacutes de 100 escritura borrado ciclos Por otra parte los datos escritos (por ejemplo los isoacutemeros rojo) se mantuvieron estables a 80 deg C durante maacutes de 3 meses y no se produjo el back-reaccioacuten teacutermica (del isoacutemero rojo al isoacutemero amarillo) incluso a 200 deg C Se utilizoacute un proceso de dos fotones que se centroacute en un punto en el medio de espesor para registrar los datos A 760 nm laacuteser de Ti zafiro opere en modo de laacuteser pulsado de modo bloqueado se empleoacute como fuente de luz de grabacioacuten Dado que la probabilidad de que se produzca la absorcioacuten de dos fotones es proporcional a la intensidad al cuadrado de la luz incidente fotoisomerizacioacuten solamente se induce en el punto focal donde la intensidad es muy alta [2025]Esta teacutecnica es atractivo para grabar datos en un medio que puede borrarse ya que permite que la informacioacuten se escribiraacute en una capa determinada sin borrar los datos ya escritos en capas vecinas La Figura 10 muestra imaacutegenes de lectura de los bits escritos en 26 capas consecutivas Los intervalos de bits y la capa eran 2 y 5 micras respectivamente Los datos se leen usando un microscopio confocal de reflexioacuten (RCM)

Los derivados de azobenceno

Derivados de azobenceno constituyen una familia de moleacuteculas de tinte que son bien conocidos por sus propiedades fotocroacutemicas Estas propiedades se deben a reversibles photoisomerizations cis-trans que los derivados se someten a [26]Derivados de azobenceno tienen dos isoacutemeros geomeacutetricos una forma trans y una forma cis (Figura 5)

La reaccioacuten de isomerizacioacuten que interconvierte estos dos isoacutemeros pueden ser iluminacioacuten o el calor inducido La forma trans generalmente es maacutes estable que la forma cis por tanto la isomerizacioacuten teacutermica ocurre generalmente a partir de los cis a la forma trans Sin embargo la luz induce transformaciones en ambas direcciones

Otro medio de grabacioacuten fue desarrollado por revestimiento alternativamente peliacuteculas fotosensibles (opolymer urethaneurea) y las peliacuteculas no fotosensibles (poli (alcohol viniacutelico) PVA) sobre un sustrato de vidrioFig 11 muestra la estructura del medio de grabacioacuten de muacuteltiples capas

41 solo fotoacuten y dos fotones de grabacioacuten

Grabacioacuten de un solo fotoacuten

Aunque la excitacioacuten de dos fotones es el meacutetodo maacutes deseable para la grabacioacuten de datos-bit en memorias oacutepticas 3D la grabacioacuten de un solo fotoacuten tambieacuten es un meacutetodo aceptable ya que da una buena separacioacuten entre los planos grabados Fig 9 datos

muestran registraron utilizando un proceso de un solo fotoacuten Un sistema tiacutepico para la grabacioacuten de fotoacuten uacutenico se muestra en la Fig 8 Un laacuteser de He-Cd de 4416 nm de longitud de onda se utiliza para grabar en el medio spirobezopyran y un laacuteser de Ar + de 488 nm se utilizoacute para grabar en el medio copoliacutemero de uretano-urea Diafoniacutea entre las capas fue insignificante en los casos ambos

Desde la grabacioacuten de un solo fotoacuten no requiere laacuteseres ultracortos-pulso se pueden utilizar laacuteseres semiconductores convencionales Por lo tanto los sistemas oacutepticos utilizados para la grabacioacuten en CD y dispositivos MO pueden aplicarse faacutecilmente a la grabacioacuten de memoria oacuteptica 3D

Single-Beam grabacioacuten de dos fotones

Una de las razones de la excitacioacuten de dos fotones es preferible para la grabacioacuten en sistemas de memoria oacuteptica 3D es porque la diafoniacutea entre dos capas adyacentes se reduce mucho con este meacutetodo Otra ventaja de la excitacioacuten teacutermica de dos fotones es que reduce la dispersioacuten muacuteltiple Esta reduccioacuten se produce porque el haz de iluminacioacuten que se utiliza tiene una longitud de onda infrarroja Un sistema de grabacioacuten oacuteptica tiacutepico para un solo haz la grabacioacuten de dos fotones es similar al sistema de grabacioacuten de un fotoacuten se muestra en la Fig 8 excepto que utiliza una fuente de luz diferente En el sistema mostrado en la Fig 8 A Ti zafiro laacuteser se utilizoacute como fuente de luz porque este laacuteser puede proporcionar la luz de potencia maacutexima alta que la naturaleza cooperativa de la excitacioacuten de dos fotones requiere para producir excitacioacuten eficiente Otros sistemas han sido desarrollados utilizando un Ti modo bloqueado zafiro laacuteser [242527] un laacuteser de colorante modo bloqueado y YAG laacuteser de modo bloqueado [2628] Luz de onda continua tambieacuten se ha investigado como un medio de producir el proceso de dos fotones [2930] Se requiere una lente de alta numeacuterico-apertura para lograr la separacioacuten de las capas ya que esto permite concentrarse en un punto bien confirmada en un punto en un medio de grosor La desventaja de los laacuteseres de impulsos ultracortos-es que aumentan el coste del dispositivo de grabacioacuten y hacen que sea difiacutecil para producir un sistema compacto

Recientemente un laacuteser compacto ultracorta pulso en el que se utilizoacute una fibra Erdoped como el resonador se desarrolloacute Laacuteseres semiconductores operados en modo de bloqueo tambieacuten estaacuten bajo investigacioacuten Por lo tanto el costo y el tamantildeo de los laacuteseres de impulsos ultracortos-disminuiraacuten pronto

En aacutengulo recto de dos haces dos PhotonRecording

Rentzepis et al Ha demostrado un dispositivo de memoria 3D que utiliza dos vigas en aacutengulo recto para acceder a un punto en un medio volumeacutetrica como se muestra en la Fig 6 [20]Este sistema demostroacute claramente que el almacenamiento de memoria 3D orientado a bits se puede lograr de esta manera Sus desventajas son que los dos haces son difiacuteciles de alinear de tal manera que se cortan en el mismo punto y que la distancia de trabajo de las lentes del objetivo son limitadas Mayor densidad de almacenamiento se logroacute utilizando lentes objetivos altos NA Sin embargo las pequentildeas distancias de trabajo de las lentes aun difiacutecil lograr la configuracioacuten de aacutengulo recto es necesario

Para resolver estos problemas Rentzepis et al [21] Propuso utilizar una viga como un haz de abordar avioacuten La luz SHG de un laacuteser YAG se utiliza para hacer frente a la viga mientras que 106 micras de luz de longitud de onda se utilizaron para transportar los datos De esta manera tuvieron eacutexito en la grabacioacuten de 100 capas con intervalos de 30 micras por capa y de 80 micras entre las capas5

Conclusioacuten

Se presentaron varios sistemas oacutepticos para leer y escribir memorias 3D utilizando materiales fotosensibles El uso de materiales fotocroacutemicos en el sistema de memoria 3D es deseable porque presentan varias ventajas importantes sobre los sistemas oacutepticos actuales incluyendo su capacidad borrable regrabable de alta resolucioacuten y alta sensibilidad Se presentaron varios materiales fotosensibles que tienen propiedades adecuadas como soportes de grabacioacuten de memoria 3DLas teacutecnicas de grabacioacuten 3D se han discutido que se describieron cumplido en lugar de conflicto con otras teacutecnicas para el logro de almacenamiento de memoria de alta densidad tales como multiplexacioacuten de longitud de onda la multiplexacioacuten de polarizacioacuten y el acortamiento de longitud de onda Combinando estos Teacutecnicas de resultados en aumento de la densidad de almacenamiento Utilizando la excitacioacuten twophoton es clave para lograr sistemas de memoria 3D eficaces De este modo los materiales fotosensibles con gran dos fotones coeficientes de absorcioacuten se deben desarrollar La memoria de varias capas que define los sistemas de memoria 3D es soacutelo una extensioacuten de memorias oacutepticas convencionales en la direccioacuten z por lo que la digitalizacioacuten el seguimiento y las teacutecnicas de auto-enfoque utilizado en los sistemas de memoria convencionales pueden ser adaptador para trabajar con sistemas 3D asiacute

[3] recuerdos y conmutadores oacutepticos corriente eleacutectrica variable de transporte de iones a traveacutes de membranas humectabilidad variables etc Para este propoacutesito compuestos fotocroacutemicos orgaacutenicos se incorporan a menudo en poliacutemeros materiales cristalinos liacutequidos u otras matrices

Numerosos otros usos tambieacuten se han explorado con resultados alentadores En el caso de los sistemas de memoria de almacenamiento oacutepticos el intereacutes de los compuestos fotocromaacuteticos se basa en el hecho de que la grabacioacuten en modo fotoacuten tiene ciertas ventajas sobre el modo de calor en cuanto a la velocidad de resolucioacuten de la escritura y capacidad de grabacioacuten muacuteltiplex [3]Ademaacutes la fatiga debido al movimiento de material se elimina A pesar de estas ventajas las moleacuteculas fotocroacutemicas Todaviacutea esperan aplicaciones maacutes praacutecticas La razoacuten es que deben cumplir con muchos requisitos tales como a) fatiga-foto baja (puede ser completado un ciclo muchas veces sin peacuterdida de rendimiento) b) la capacidad de almacenamiento (estabilidad teacutermica) c) la sensibilidad al laacuteser de diodo (650- 830 nm) d) los rendimientos cuaacutenticos altos y e) la capacidad destructiva de lectura Dispositivos de almacenamiento de memoria oacutepticos tales como discos compactos (CD) y discos magneto-oacutepticos (MO) se estaacuten convirtiendo en esencial como audio y medios de almacenamiento visuales asiacute como medios de almacenamiento de datos de ordenador externo En estos dispositivos un rayo laacuteser se utiliza para registrar y leer la informacioacuten Desde el punto de laacuteser se puede enfocar a un radio de 1 m mayores densidades y capacidades pueden lograrse con memoria oacuteptica que con memoria magneacutetica convencional

La densidad de datos alcanzable por los dispositivos de memoria oacuteptica estaacute limitada en uacuteltima instancia por la difraccioacuten de las ondas electromagneacuteticas Teacutecnicas de registro de datos actuales casi se han alcanzado este liacutemite superior con discos CD y MO disponibles en el mercado Incluso la utilizacioacuten de un infinitamente grande lente objetivo con una alta apertura numeacuterica (NA) valor no se puede reducir la distancia de resolucioacuten de los datos de bits para la grabacioacuten y la lectura a menos de la mitad de la longitud de onda del haz Algunas mejoras pueden esperarse con la aplicacioacuten de las de onda corta laacuteseres compactos que emiten luz azul o verde [4]La duplicacioacuten de la frecuencia del laacuteser reduce el radio punto del haz por 2 lo que aumenta la densidad por 4 (cuando se graba en dos dimensiones)Sin embargo para aumentar la densidad de memoria a 100 veces la corriente de referencia diodos laacuteser con longitudes de onda de salida de 10 veces maacutes cortas que las disponibles actualmente tendriacutean que ser empleado Otro enfoque para aumentar la densidad de memoria es utilizar cerca de-campo de la oacuteptica [56]

Un tercer enfoque y uno que promete aumentar draacutesticamente la densidad de memoria es el desarrollo de materiales fotosensibles [78]Estos materiales pueden someterse a la grabacioacuten en modo de fotones que se basa en una reaccioacuten fotoquiacutemica en el medio en comparacioacuten con la grabacioacuten en modo de calor empleado con los medios oacutepticos actualmente en uso En la grabacioacuten en modo de fotoacuten caracteriacutesticas de la luz tales como longitud de onda la polarizacioacuten y la fase se pueden multiplexar para permitir el almacenamiento de datos y por lo tanto tienen el potencial de aumentar draacutesticamente la densidad de memoria alcanzable

En esta revisioacuten se describe un meacutetodo que utiliza materiales fotocroacutemicos para superar el liacutemite de corriente de densidad de memoria mediante la introduccioacuten de una dimensioacuten axial adicional para el proceso de grabacioacuten [910]En este meacutetodo el eje z o longitudinal se utiliza ademaacutes de la dimensioacuten de la superficie (espacio xy) de memoria oacuteptica convencional Los datos se escriben por lo tanto no en la superficie del material pero dentro de las tres dimensiones (3D) el volumen del material Esta revisioacuten se centra en la evolucioacuten reciente de memorias oacutepticas multicapas bitoriented basadaen materiales fotosensibles Los materiales fotosensibles tratados aquiacute estaacuten todos los sinteacuteticos

2 Breve resentildea histoacuterica

Fritzsche informoacute en 1867 [11] el blanqueo de una solucioacuten de color naranja de tetraceno en la luz del diacutea y la regeneracioacuten del color en la oscuridad Maacutes tarde ter Meer [12] encontroacute un cambio de color de la sal de potasio de dinitroethane en el estado soacutelido (amarillo en la oscuridad roja en la luz del diacutea)En 1899 Markwald estudioacute el cambio reversible de color de la 2344-1-tetrachloronaphthalen (4H) -ona (1048739 -TCDHN) en estado soacutelido [13]Creiacutea que era una pura fenoacutemeno fiacutesico nombraacutendolo fototrofiacutea Aunque utilizado en ese periacuteodo ese teacutermino no es adecuado y debe ser evitado ya que es similar a fototropismo que denota fenoacutemenos bioloacutegicos (veacutease maacutes adelante)El intereacutes en fotocromismo era continua pero limitada hasta el periacuteodo 1940-1960 que registroacute un aumento de los estudios mecaniacutesticos y sinteacuteticos en particular en los grupos de investigacioacuten de Hirshberg y Fischer en Israel En 1950 Hirshberg [14] sugiere el teacutermino fotocromismo [de las palabras griegas phos (luz) y croma (color)] para describir el fenoacutemeno Este es el nombre que se utiliza hoy en diacutea Sin embargo no se limita a compuestos coloreados se aplica a sistemas de absorcioacuten de UV de la medida a la IR y las reacciones a muy raacutepidos o muy lentos

Durante la deacutecada de 1960 fotocromismo expandido en paralelo con el desarrollo de meacutetodos fiacutesicos (IR RMN rayos X UV resuelta en el tiempo y la espectroscopia de flash) y la siacutentesis orgaacutenica Gafas fotocromaacuteticas se dispusiera en ese periacuteodo y que estimularon la investigacioacuten futher Aplicaciones tales como el proceso de micro fotocroacutemico imagen (PCMI) que mostroacute por ejemplo la posibilidad de reducir las 1245 paacuteginas de una Biblia a alrededor de 6 cm2 atraiacutedo un intereacutes considerable Un importante libro fue publicado en 1971 [15]Sin embargo pareciacutea que la foto degradacioacuten de las familias conocidas de fotocromos orgaacutenicos limita su potencial para aplicaciones [16]Una reactivacioacuten de la actividad se inicioacute en la deacutecada de 1980 debido fundamentalmente a la elaboracioacuten de derivados de cromeno espirooxazina y resistentes a la fatiga Se activan la fabricacioacuten y la aplicacioacuten comercial de las lentes oftaacutelmicas fotocroacutemicas Desde entonces otros sistemas comerciales se han desarrollado y los nuevos sistemas fotosensibles se han descubierto y explorado Paralelamente varios libros han sido impresos (veacutease maacutes adelante) un flujo de artiacuteculos en revistas cientiacuteficas ha aparecido y simposios internacionales sobre fotocromismo (ISOP) se han organizado

3 Definiciones y conceptos generales

31 Definicioacuten de fotocromismo

El fotocromismo es una transformacioacuten reversible de una especie quiacutemica inducidas en una o ambas direcciones por la absorcioacuten de la radiacioacuten electromagneacutetica entre dos formas A y B que tiene un diferente espectro de absorcioacuten (Fig 1) La forma termodinaacutemicamente estable A se transforma por irradiacioacuten en la forma B La reaccioacuten inversa puede ocurrir teacutermicamente (fotocromismo de tipo T) o foto quiacutemicamente (fotocromismo de tipo P)

Los sistemas fotocroacutemicos orgaacutenicos maacutes prevalentes implicar reacciones unimoleculares las moleacuteculas fotocroacutemicas maacutes comunes tienen un incoloro o paacutelido amarillo forma A y una forma de color B (por ejemplo rojo o azul) Este fenoacutemeno se denomina a fotocromismo como positivo Otros sistemas son biomolecular tales como los que implican reacciones fotocicloadicioacuten Cuando λmax (A)gt λmax (B) fotocromismo es negativa o inversa

Se encuentran Los procesos unimoleculares por ejemplo con espiropiranos una familia de moleacuteculas que se ha estudiado ampliamente Espiropiranos fotocroacutemicos soacutelido o soluciones (en etanol tolueno eacuteter cetonas eacutesteres etc) son incoloros o deacutebilmente coloreados Tras la irradiacioacuten UV se vuelven de color Las soluciones de colores se desvanecen teacutermicamente a su estado original en muchos casos tambieacuten se pueden decolorar (blanqueado) por la luz visible Unos espiropiranos muestran fotocromismo negativo Ellos son de color en la oscuridad y blanqueados por la luz UV Muchos espiropiranos tambieacuten son termocroacutemico (ver definicioacuten maacutes abajo) y los espectros de las formas de color son ideacutenticos a los producidos fotoquiacutemicamente

Modelos 32 solo fotoacuten y de dos fotones

En general los procesos fotocroacutemicos implican un mecanismo de un solo fotoacuten B se forma a partir de la singlete (1A ) o triplete (3A ) estados excitados o ambos B la photoproduct tambieacuten puede formarse a partir de un estado excitado superior poblado por absorcioacuten de dos fotones

Fotocromismo de dos fotones

La probabilidad de transicioacuten para poblar el estado final (por lo tanto para obtener el fotoproducto) depende del producto del fotoacuten irradiancias Ep (1) y Ep (2) de los dos haces emocionantes Es por lo tanto ventajoso utilizar laacuteseres que emiten alta irradiacioacuten de fotones tales como los que la generacioacuten de picosegundos o subpicosegundos pulsos Dos procesos de absorcioacuten se pueden distinguir

a) la absorcioacuten simultaacutenea de dos fotones a traveacutes de un nivel virtual (Fig 2a)

b) por pasos (o secuencial) de absorcioacuten de dos fotones donde tiene lugar la segunda absorcioacuten de fotones de un nivel real (Fig 2b) La diferencia en la espectrometriacutea de propiedades (oacutepticas) se acompantildea de una diferencia de otras propiedades fiacutesicas El proceso simultaacuteneo (a) ha sido utilizado con eacutexito para excitar las moleacuteculas fotocroacutemicas en posiciones especiacuteficas dentro de un volumen para sistemas de memoria 3D (proceso de escritura) Un proceso de absorcioacuten de dos fotones tambieacuten se utilizoacute para excitar las moleacuteculas escritas que emiten fluorescencia (proceso de lectura) (Fig 3) [1718]

El proceso de excitacioacuten puede tambieacuten proceder a traveacutes de un intermedio metaestable (b) del proceso como con el derivado de dinaftopirano (1)Se encontroacute para isomerizar al derivado bicyclohexene (2) a traveacutes de una X intermedio (no aislado)Se ha utilizado dos fotones de 405 nm y observado que el rendimiento cuaacutentico de 110487392 es proporcional al cuadrado de la irradiacioacuten de fotones Se encontroacute que la reaccioacuten inversa 210487391 para proceder a 334 nm [19]

33 Las familias de compuestos fotocromaacuteticos orgaacutenicos

Famielies de Spiropyrams espirooxazinas y azo compuestos fotocroacutemicos orgaacutenicos se muestran en la Fig 4 En todos los casos HV2 ltHV1

4 Fotocroacutemico Orgaacutenica Para La memoria en tres Dimensiones

Un compuesto fotocroacutemico se caracteriza por su capacidad para alternar entre dos formas quiacutemicas diferentes que tienen diferentes espectros de absorcioacuten en respuesta a la irradiacioacuten por la luz de los medios de comunicacioacuten de onda de memoria adecuada (1) estabilidad teacutermica de ambos isoacutemeros (2) la resistencia a la fatiga durante ciacuteclico escribir y borrar procesos (3) una respuesta raacutepida (4) alta sensibilidad y (5) la capacidad de lectura no destructiva

Para la grabacioacuten 3D se prefiere un gran coeficiente de absorcioacuten de dos fotones porque la memoria 3D utiliza esencialmente un proceso de dos fotones para acceder a un punto dentro del medio volumeacutetrico En la siguiente seccioacuten se describen compuestos fotosensibles tiacutepicos utilizados para memorias 3D

Derivados Spirobenzopyran

Rentzepis et al [20] primero demostrado un sistema de memoria oacuteptica 3D orientado a bits utilizando un spirobenzopyran fotocroacutemico el espectro de absorcioacuten de los cuales se muestra en la Fig 5 Isoacutemero A tiene una banda de absorcioacuten maacutes corta que 450 nm y tras la irradiacioacuten con luz ultravioleta (UV) que se convierte en el isoacutemero B que tiene una banda de absorcioacuten alrededor de 600 nm (Fig 5) Isoacutemero B emite fluorescencia en torno a 700 nm tras fotoexcitacioacuten con 500 a 700 nm de luz

La Figura 6 ilustra el principio de memoria oacuteptica 3D basado en un proceso de dos fotones propuesto por Rentzepis et al [2021] Se utilizan dos haces de acceder a un punto en un medio de grabacioacuten volumeacutetrica Para la escritura de datos lo que requeriacutea de excitacioacuten en el ultravioletrange una absorcioacuten de dos fotones que implica ya sea un 1064 y un fotoacuten nm 532 (correspondiente a 355 nm de excitacioacuten) o dos fotones de 532 nm (correspondiente a 266 nm de excitacioacuten) En la interseccioacuten de las dos vigas isoacutemero A absorbe dos fotones simultaacuteneamente y photoisomerized al isoacutemero B

Se empleoacute un proceso de dos fotones similar para la lectura de datos Cuando isoacutemeros moleacuteculas B fueron excitados por la absorcioacuten de dos fotones 1064 nm la excitacioacuten causada soacutelo las moleacuteculas escritas para fluorescencia Aunque este meacutetodo de fluorescencia lectura es sensible la memoria se borra durante el proceso de lectura debido a los usados parcial para la ocurrencia de la reaccioacuten inversa de fotoexcitado

isoacutemero B al isoacutemero A Desafortunadamente un meacutetodo de lectura destructivo tal como esto no es praacutectico El desarrollo de meacutetodos no destructivos de lectura es esencial para que este sistema se convierta en praacutectica [8] Por lo tanto el meacutetodo maacutes prometedor es leer las memorias mediante la deteccioacuten de los cambios del iacutendice de refraccioacuten que acompantildean a la fotoisomerizacioacuten inducida por la luz de larga longitud de onda Este meacutetodo de lectura no induce reacciones fotosensibles

Lectura no destructiva se demostroacute usando una pequentildea diferencia en el iacutendice de refraccioacuten de los spirobenzopyranisomers (Fig 7) en el IR cercano [22] Se detectoacute la pequentildea variacioacuten del iacutendice de refraccioacuten mediante un diferencial de microscopio de contraste de fase de exploracioacuten laacuteser infrarrojo cercano (Fig 7) Los dos isoacutemeros de la spirobenzopyran tienen espectros de absorcioacuten muy diferente lo que sugiere que los isoacutemeros tambieacuten tienen diferentes iacutendices de refraccioacuten En la regioacuten del IR cercano alrededor de 800 nm ambos isoacutemeros tienen una absorcioacuten despreciable Por lo tanto la luz IR cercano necesario para leer el cambio de iacutendice de refraccioacuten no estimula la fotorreaccioacuten fotocroacutemico

Lectura no destructiva se demostroacute usando una pequentildea diferencia en el iacutendice de refraccioacuten de los spirobenzopyranisomers (Fig 7) en el IR cercano [22] Se detectoacute la pequentildea variacioacuten del iacutendice de refraccioacuten mediante un diferencial de microscopio de contraste de fase de exploracioacuten laacuteser infrarrojo cercano (Fig 7)Los dos isoacutemeros de la spirobenzopyran tienen espectros de absorcioacuten muy diferente lo que sugiere que los isoacutemeros tambieacuten tienen diferentes iacutendices de refraccioacuten En la regioacuten del IR cercano alrededor de 800 nm ambos isoacutemeros tienen una absorcioacuten despreciable Por lo tanto la luz IR cercano necesario para leer el cambio de iacutendice de refraccioacuten no estimula la fotorreaccioacuten fotocroacutemico

Los datos fueron registrados por enfocar la luz laacuteser (4416 nm) en las dos capas que fueron separados por tanto como 70 μ m utilizando un microscopio de barrido laacuteser como se muestra en la Fig 8 Secuencias de bits de 24 x 24 bits por capa que forman las letras A y B se obtuvieron El intervalo de bit era 5 μ x 5 m en cada capa y la distancia de separacioacuten entre las capas fue de 70 μ fig La figura 9 muestra la lectura de las dos capas La diafoniacutea entre las capas era lo suficientemente pequentildeo para permitir que los datos grabados para ser claramente leiacutedos por el microscopio de contraste de fase diferencial Dado que la intensidad de la sentildeal era proporcional a la derivada del iacutendice de refraccioacuten las lecturas en los bordes de los bits se han mejorado ligeramente La velocidad de exploracioacuten era una capa por seg y la lectura se podriacutea repetir maacutes de 7000 veces sin destruir la informacioacuten grabada La diferencia en los iacutendices de refraccioacuten de los dos isoacutemeros se midioacute para ser 002 nm a 830 nm Desafortunadamente los spirobenzopyrans utilizados en el sistema anteriormente tienen poca durabilidad y los isoacutemeros foto generados eran teacutermicamente inestable

Derivados diarileteno

A derivados de diarileteno contienen los anillos heterociacuteclicos especiacuteficamente (a) 12-bis (2- metil-1-benzotiofen-3-il) perfluorocyclopentene y (b) 2- (12-dimetil-3-indolil) -3 - (245-trimetil-3-tienilo) de anhiacutedrido maleico [823]Estos compuestos no presentan

thermochromicity incluso a 200 deg C y sus formas de colores anillos cerrados son estables durante maacutes de 3 meses a 80 deg C Ademaacutes el ciclo de reaccioacuten de ciclacioacuten apertura de anillo se puede repetir maacutes de 104 veces sin peacuterdida de rendimiento fotocroacutemico Por lo tanto los derivados diarileteno de este tipo actualmente son los fotocroacutemico maacutes prometedor 12-bis (2 45-trimetil-3-tienil) eteno (B1536) se utilizoacute como un medio de memoria oacuteptico fotocroacutemico [24]B1536 no excitado existe como un isoacutemero de color amarillo que se convierte en un isoacutemero rojo tras la irradiacioacuten con luz 380 nm Los datos escritos de esta manera se pueden borrar irradiando el medio con 543 nm de luz

Este material fotocroacutemico (B1536) no exhibioacute ninguna fatiga aparente incluso despueacutes de 100 escritura borrado ciclos Por otra parte los datos escritos (por ejemplo los isoacutemeros rojo) se mantuvieron estables a 80 deg C durante maacutes de 3 meses y no se produjo el back-reaccioacuten teacutermica (del isoacutemero rojo al isoacutemero amarillo) incluso a 200 deg C Se utilizoacute un proceso de dos fotones que se centroacute en un punto en el medio de espesor para registrar los datos A 760 nm laacuteser de Ti zafiro opere en modo de laacuteser pulsado de modo bloqueado se empleoacute como fuente de luz de grabacioacuten Dado que la probabilidad de que se produzca la absorcioacuten de dos fotones es proporcional a la intensidad al cuadrado de la luz incidente fotoisomerizacioacuten solamente se induce en el punto focal donde la intensidad es muy alta [2025]Esta teacutecnica es atractivo para grabar datos en un medio que puede borrarse ya que permite que la informacioacuten se escribiraacute en una capa determinada sin borrar los datos ya escritos en capas vecinas La Figura 10 muestra imaacutegenes de lectura de los bits escritos en 26 capas consecutivas Los intervalos de bits y la capa eran 2 y 5 micras respectivamente Los datos se leen usando un microscopio confocal de reflexioacuten (RCM)

Los derivados de azobenceno

Derivados de azobenceno constituyen una familia de moleacuteculas de tinte que son bien conocidos por sus propiedades fotocroacutemicas Estas propiedades se deben a reversibles photoisomerizations cis-trans que los derivados se someten a [26]Derivados de azobenceno tienen dos isoacutemeros geomeacutetricos una forma trans y una forma cis (Figura 5)

La reaccioacuten de isomerizacioacuten que interconvierte estos dos isoacutemeros pueden ser iluminacioacuten o el calor inducido La forma trans generalmente es maacutes estable que la forma cis por tanto la isomerizacioacuten teacutermica ocurre generalmente a partir de los cis a la forma trans Sin embargo la luz induce transformaciones en ambas direcciones

Otro medio de grabacioacuten fue desarrollado por revestimiento alternativamente peliacuteculas fotosensibles (opolymer urethaneurea) y las peliacuteculas no fotosensibles (poli (alcohol viniacutelico) PVA) sobre un sustrato de vidrioFig 11 muestra la estructura del medio de grabacioacuten de muacuteltiples capas

41 solo fotoacuten y dos fotones de grabacioacuten

Grabacioacuten de un solo fotoacuten

Aunque la excitacioacuten de dos fotones es el meacutetodo maacutes deseable para la grabacioacuten de datos-bit en memorias oacutepticas 3D la grabacioacuten de un solo fotoacuten tambieacuten es un meacutetodo aceptable ya que da una buena separacioacuten entre los planos grabados Fig 9 datos

muestran registraron utilizando un proceso de un solo fotoacuten Un sistema tiacutepico para la grabacioacuten de fotoacuten uacutenico se muestra en la Fig 8 Un laacuteser de He-Cd de 4416 nm de longitud de onda se utiliza para grabar en el medio spirobezopyran y un laacuteser de Ar + de 488 nm se utilizoacute para grabar en el medio copoliacutemero de uretano-urea Diafoniacutea entre las capas fue insignificante en los casos ambos

Desde la grabacioacuten de un solo fotoacuten no requiere laacuteseres ultracortos-pulso se pueden utilizar laacuteseres semiconductores convencionales Por lo tanto los sistemas oacutepticos utilizados para la grabacioacuten en CD y dispositivos MO pueden aplicarse faacutecilmente a la grabacioacuten de memoria oacuteptica 3D

Single-Beam grabacioacuten de dos fotones

Una de las razones de la excitacioacuten de dos fotones es preferible para la grabacioacuten en sistemas de memoria oacuteptica 3D es porque la diafoniacutea entre dos capas adyacentes se reduce mucho con este meacutetodo Otra ventaja de la excitacioacuten teacutermica de dos fotones es que reduce la dispersioacuten muacuteltiple Esta reduccioacuten se produce porque el haz de iluminacioacuten que se utiliza tiene una longitud de onda infrarroja Un sistema de grabacioacuten oacuteptica tiacutepico para un solo haz la grabacioacuten de dos fotones es similar al sistema de grabacioacuten de un fotoacuten se muestra en la Fig 8 excepto que utiliza una fuente de luz diferente En el sistema mostrado en la Fig 8 A Ti zafiro laacuteser se utilizoacute como fuente de luz porque este laacuteser puede proporcionar la luz de potencia maacutexima alta que la naturaleza cooperativa de la excitacioacuten de dos fotones requiere para producir excitacioacuten eficiente Otros sistemas han sido desarrollados utilizando un Ti modo bloqueado zafiro laacuteser [242527] un laacuteser de colorante modo bloqueado y YAG laacuteser de modo bloqueado [2628] Luz de onda continua tambieacuten se ha investigado como un medio de producir el proceso de dos fotones [2930] Se requiere una lente de alta numeacuterico-apertura para lograr la separacioacuten de las capas ya que esto permite concentrarse en un punto bien confirmada en un punto en un medio de grosor La desventaja de los laacuteseres de impulsos ultracortos-es que aumentan el coste del dispositivo de grabacioacuten y hacen que sea difiacutecil para producir un sistema compacto

Recientemente un laacuteser compacto ultracorta pulso en el que se utilizoacute una fibra Erdoped como el resonador se desarrolloacute Laacuteseres semiconductores operados en modo de bloqueo tambieacuten estaacuten bajo investigacioacuten Por lo tanto el costo y el tamantildeo de los laacuteseres de impulsos ultracortos-disminuiraacuten pronto

En aacutengulo recto de dos haces dos PhotonRecording

Rentzepis et al Ha demostrado un dispositivo de memoria 3D que utiliza dos vigas en aacutengulo recto para acceder a un punto en un medio volumeacutetrica como se muestra en la Fig 6 [20]Este sistema demostroacute claramente que el almacenamiento de memoria 3D orientado a bits se puede lograr de esta manera Sus desventajas son que los dos haces son difiacuteciles de alinear de tal manera que se cortan en el mismo punto y que la distancia de trabajo de las lentes del objetivo son limitadas Mayor densidad de almacenamiento se logroacute utilizando lentes objetivos altos NA Sin embargo las pequentildeas distancias de trabajo de las lentes aun difiacutecil lograr la configuracioacuten de aacutengulo recto es necesario

Para resolver estos problemas Rentzepis et al [21] Propuso utilizar una viga como un haz de abordar avioacuten La luz SHG de un laacuteser YAG se utiliza para hacer frente a la viga mientras que 106 micras de luz de longitud de onda se utilizaron para transportar los datos De esta manera tuvieron eacutexito en la grabacioacuten de 100 capas con intervalos de 30 micras por capa y de 80 micras entre las capas5

Conclusioacuten

Se presentaron varios sistemas oacutepticos para leer y escribir memorias 3D utilizando materiales fotosensibles El uso de materiales fotocroacutemicos en el sistema de memoria 3D es deseable porque presentan varias ventajas importantes sobre los sistemas oacutepticos actuales incluyendo su capacidad borrable regrabable de alta resolucioacuten y alta sensibilidad Se presentaron varios materiales fotosensibles que tienen propiedades adecuadas como soportes de grabacioacuten de memoria 3DLas teacutecnicas de grabacioacuten 3D se han discutido que se describieron cumplido en lugar de conflicto con otras teacutecnicas para el logro de almacenamiento de memoria de alta densidad tales como multiplexacioacuten de longitud de onda la multiplexacioacuten de polarizacioacuten y el acortamiento de longitud de onda Combinando estos Teacutecnicas de resultados en aumento de la densidad de almacenamiento Utilizando la excitacioacuten twophoton es clave para lograr sistemas de memoria 3D eficaces De este modo los materiales fotosensibles con gran dos fotones coeficientes de absorcioacuten se deben desarrollar La memoria de varias capas que define los sistemas de memoria 3D es soacutelo una extensioacuten de memorias oacutepticas convencionales en la direccioacuten z por lo que la digitalizacioacuten el seguimiento y las teacutecnicas de auto-enfoque utilizado en los sistemas de memoria convencionales pueden ser adaptador para trabajar con sistemas 3D asiacute

En esta revisioacuten se describe un meacutetodo que utiliza materiales fotocroacutemicos para superar el liacutemite de corriente de densidad de memoria mediante la introduccioacuten de una dimensioacuten axial adicional para el proceso de grabacioacuten [910]En este meacutetodo el eje z o longitudinal se utiliza ademaacutes de la dimensioacuten de la superficie (espacio xy) de memoria oacuteptica convencional Los datos se escriben por lo tanto no en la superficie del material pero dentro de las tres dimensiones (3D) el volumen del material Esta revisioacuten se centra en la evolucioacuten reciente de memorias oacutepticas multicapas bitoriented basadaen materiales fotosensibles Los materiales fotosensibles tratados aquiacute estaacuten todos los sinteacuteticos

2 Breve resentildea histoacuterica

Fritzsche informoacute en 1867 [11] el blanqueo de una solucioacuten de color naranja de tetraceno en la luz del diacutea y la regeneracioacuten del color en la oscuridad Maacutes tarde ter Meer [12] encontroacute un cambio de color de la sal de potasio de dinitroethane en el estado soacutelido (amarillo en la oscuridad roja en la luz del diacutea)En 1899 Markwald estudioacute el cambio reversible de color de la 2344-1-tetrachloronaphthalen (4H) -ona (1048739 -TCDHN) en estado soacutelido [13]Creiacutea que era una pura fenoacutemeno fiacutesico nombraacutendolo fototrofiacutea Aunque utilizado en ese periacuteodo ese teacutermino no es adecuado y debe ser evitado ya que es similar a fototropismo que denota fenoacutemenos bioloacutegicos (veacutease maacutes adelante)El intereacutes en fotocromismo era continua pero limitada hasta el periacuteodo 1940-1960 que registroacute un aumento de los estudios mecaniacutesticos y sinteacuteticos en particular en los grupos de investigacioacuten de Hirshberg y Fischer en Israel En 1950 Hirshberg [14] sugiere el teacutermino fotocromismo [de las palabras griegas phos (luz) y croma (color)] para describir el fenoacutemeno Este es el nombre que se utiliza hoy en diacutea Sin embargo no se limita a compuestos coloreados se aplica a sistemas de absorcioacuten de UV de la medida a la IR y las reacciones a muy raacutepidos o muy lentos

Durante la deacutecada de 1960 fotocromismo expandido en paralelo con el desarrollo de meacutetodos fiacutesicos (IR RMN rayos X UV resuelta en el tiempo y la espectroscopia de flash) y la siacutentesis orgaacutenica Gafas fotocromaacuteticas se dispusiera en ese periacuteodo y que estimularon la investigacioacuten futher Aplicaciones tales como el proceso de micro fotocroacutemico imagen (PCMI) que mostroacute por ejemplo la posibilidad de reducir las 1245 paacuteginas de una Biblia a alrededor de 6 cm2 atraiacutedo un intereacutes considerable Un importante libro fue publicado en 1971 [15]Sin embargo pareciacutea que la foto degradacioacuten de las familias conocidas de fotocromos orgaacutenicos limita su potencial para aplicaciones [16]Una reactivacioacuten de la actividad se inicioacute en la deacutecada de 1980 debido fundamentalmente a la elaboracioacuten de derivados de cromeno espirooxazina y resistentes a la fatiga Se activan la fabricacioacuten y la aplicacioacuten comercial de las lentes oftaacutelmicas fotocroacutemicas Desde entonces otros sistemas comerciales se han desarrollado y los nuevos sistemas fotosensibles se han descubierto y explorado Paralelamente varios libros han sido impresos (veacutease maacutes adelante) un flujo de artiacuteculos en revistas cientiacuteficas ha aparecido y simposios internacionales sobre fotocromismo (ISOP) se han organizado

3 Definiciones y conceptos generales

31 Definicioacuten de fotocromismo

El fotocromismo es una transformacioacuten reversible de una especie quiacutemica inducidas en una o ambas direcciones por la absorcioacuten de la radiacioacuten electromagneacutetica entre dos formas A y B que tiene un diferente espectro de absorcioacuten (Fig 1) La forma termodinaacutemicamente estable A se transforma por irradiacioacuten en la forma B La reaccioacuten inversa puede ocurrir teacutermicamente (fotocromismo de tipo T) o foto quiacutemicamente (fotocromismo de tipo P)

Los sistemas fotocroacutemicos orgaacutenicos maacutes prevalentes implicar reacciones unimoleculares las moleacuteculas fotocroacutemicas maacutes comunes tienen un incoloro o paacutelido amarillo forma A y una forma de color B (por ejemplo rojo o azul) Este fenoacutemeno se denomina a fotocromismo como positivo Otros sistemas son biomolecular tales como los que implican reacciones fotocicloadicioacuten Cuando λmax (A)gt λmax (B) fotocromismo es negativa o inversa

Se encuentran Los procesos unimoleculares por ejemplo con espiropiranos una familia de moleacuteculas que se ha estudiado ampliamente Espiropiranos fotocroacutemicos soacutelido o soluciones (en etanol tolueno eacuteter cetonas eacutesteres etc) son incoloros o deacutebilmente coloreados Tras la irradiacioacuten UV se vuelven de color Las soluciones de colores se desvanecen teacutermicamente a su estado original en muchos casos tambieacuten se pueden decolorar (blanqueado) por la luz visible Unos espiropiranos muestran fotocromismo negativo Ellos son de color en la oscuridad y blanqueados por la luz UV Muchos espiropiranos tambieacuten son termocroacutemico (ver definicioacuten maacutes abajo) y los espectros de las formas de color son ideacutenticos a los producidos fotoquiacutemicamente

Modelos 32 solo fotoacuten y de dos fotones

En general los procesos fotocroacutemicos implican un mecanismo de un solo fotoacuten B se forma a partir de la singlete (1A ) o triplete (3A ) estados excitados o ambos B la photoproduct tambieacuten puede formarse a partir de un estado excitado superior poblado por absorcioacuten de dos fotones

Fotocromismo de dos fotones

La probabilidad de transicioacuten para poblar el estado final (por lo tanto para obtener el fotoproducto) depende del producto del fotoacuten irradiancias Ep (1) y Ep (2) de los dos haces emocionantes Es por lo tanto ventajoso utilizar laacuteseres que emiten alta irradiacioacuten de fotones tales como los que la generacioacuten de picosegundos o subpicosegundos pulsos Dos procesos de absorcioacuten se pueden distinguir

a) la absorcioacuten simultaacutenea de dos fotones a traveacutes de un nivel virtual (Fig 2a)

b) por pasos (o secuencial) de absorcioacuten de dos fotones donde tiene lugar la segunda absorcioacuten de fotones de un nivel real (Fig 2b) La diferencia en la espectrometriacutea de propiedades (oacutepticas) se acompantildea de una diferencia de otras propiedades fiacutesicas El proceso simultaacuteneo (a) ha sido utilizado con eacutexito para excitar las moleacuteculas fotocroacutemicas en posiciones especiacuteficas dentro de un volumen para sistemas de memoria 3D (proceso de escritura) Un proceso de absorcioacuten de dos fotones tambieacuten se utilizoacute para excitar las moleacuteculas escritas que emiten fluorescencia (proceso de lectura) (Fig 3) [1718]

El proceso de excitacioacuten puede tambieacuten proceder a traveacutes de un intermedio metaestable (b) del proceso como con el derivado de dinaftopirano (1)Se encontroacute para isomerizar al derivado bicyclohexene (2) a traveacutes de una X intermedio (no aislado)Se ha utilizado dos fotones de 405 nm y observado que el rendimiento cuaacutentico de 110487392 es proporcional al cuadrado de la irradiacioacuten de fotones Se encontroacute que la reaccioacuten inversa 210487391 para proceder a 334 nm [19]

33 Las familias de compuestos fotocromaacuteticos orgaacutenicos

Famielies de Spiropyrams espirooxazinas y azo compuestos fotocroacutemicos orgaacutenicos se muestran en la Fig 4 En todos los casos HV2 ltHV1

4 Fotocroacutemico Orgaacutenica Para La memoria en tres Dimensiones

Un compuesto fotocroacutemico se caracteriza por su capacidad para alternar entre dos formas quiacutemicas diferentes que tienen diferentes espectros de absorcioacuten en respuesta a la irradiacioacuten por la luz de los medios de comunicacioacuten de onda de memoria adecuada (1) estabilidad teacutermica de ambos isoacutemeros (2) la resistencia a la fatiga durante ciacuteclico escribir y borrar procesos (3) una respuesta raacutepida (4) alta sensibilidad y (5) la capacidad de lectura no destructiva

Para la grabacioacuten 3D se prefiere un gran coeficiente de absorcioacuten de dos fotones porque la memoria 3D utiliza esencialmente un proceso de dos fotones para acceder a un punto dentro del medio volumeacutetrico En la siguiente seccioacuten se describen compuestos fotosensibles tiacutepicos utilizados para memorias 3D

Derivados Spirobenzopyran

Rentzepis et al [20] primero demostrado un sistema de memoria oacuteptica 3D orientado a bits utilizando un spirobenzopyran fotocroacutemico el espectro de absorcioacuten de los cuales se muestra en la Fig 5 Isoacutemero A tiene una banda de absorcioacuten maacutes corta que 450 nm y tras la irradiacioacuten con luz ultravioleta (UV) que se convierte en el isoacutemero B que tiene una banda de absorcioacuten alrededor de 600 nm (Fig 5) Isoacutemero B emite fluorescencia en torno a 700 nm tras fotoexcitacioacuten con 500 a 700 nm de luz

La Figura 6 ilustra el principio de memoria oacuteptica 3D basado en un proceso de dos fotones propuesto por Rentzepis et al [2021] Se utilizan dos haces de acceder a un punto en un medio de grabacioacuten volumeacutetrica Para la escritura de datos lo que requeriacutea de excitacioacuten en el ultravioletrange una absorcioacuten de dos fotones que implica ya sea un 1064 y un fotoacuten nm 532 (correspondiente a 355 nm de excitacioacuten) o dos fotones de 532 nm (correspondiente a 266 nm de excitacioacuten) En la interseccioacuten de las dos vigas isoacutemero A absorbe dos fotones simultaacuteneamente y photoisomerized al isoacutemero B

Se empleoacute un proceso de dos fotones similar para la lectura de datos Cuando isoacutemeros moleacuteculas B fueron excitados por la absorcioacuten de dos fotones 1064 nm la excitacioacuten causada soacutelo las moleacuteculas escritas para fluorescencia Aunque este meacutetodo de fluorescencia lectura es sensible la memoria se borra durante el proceso de lectura debido a los usados parcial para la ocurrencia de la reaccioacuten inversa de fotoexcitado

isoacutemero B al isoacutemero A Desafortunadamente un meacutetodo de lectura destructivo tal como esto no es praacutectico El desarrollo de meacutetodos no destructivos de lectura es esencial para que este sistema se convierta en praacutectica [8] Por lo tanto el meacutetodo maacutes prometedor es leer las memorias mediante la deteccioacuten de los cambios del iacutendice de refraccioacuten que acompantildean a la fotoisomerizacioacuten inducida por la luz de larga longitud de onda Este meacutetodo de lectura no induce reacciones fotosensibles

Lectura no destructiva se demostroacute usando una pequentildea diferencia en el iacutendice de refraccioacuten de los spirobenzopyranisomers (Fig 7) en el IR cercano [22] Se detectoacute la pequentildea variacioacuten del iacutendice de refraccioacuten mediante un diferencial de microscopio de contraste de fase de exploracioacuten laacuteser infrarrojo cercano (Fig 7) Los dos isoacutemeros de la spirobenzopyran tienen espectros de absorcioacuten muy diferente lo que sugiere que los isoacutemeros tambieacuten tienen diferentes iacutendices de refraccioacuten En la regioacuten del IR cercano alrededor de 800 nm ambos isoacutemeros tienen una absorcioacuten despreciable Por lo tanto la luz IR cercano necesario para leer el cambio de iacutendice de refraccioacuten no estimula la fotorreaccioacuten fotocroacutemico

Lectura no destructiva se demostroacute usando una pequentildea diferencia en el iacutendice de refraccioacuten de los spirobenzopyranisomers (Fig 7) en el IR cercano [22] Se detectoacute la pequentildea variacioacuten del iacutendice de refraccioacuten mediante un diferencial de microscopio de contraste de fase de exploracioacuten laacuteser infrarrojo cercano (Fig 7)Los dos isoacutemeros de la spirobenzopyran tienen espectros de absorcioacuten muy diferente lo que sugiere que los isoacutemeros tambieacuten tienen diferentes iacutendices de refraccioacuten En la regioacuten del IR cercano alrededor de 800 nm ambos isoacutemeros tienen una absorcioacuten despreciable Por lo tanto la luz IR cercano necesario para leer el cambio de iacutendice de refraccioacuten no estimula la fotorreaccioacuten fotocroacutemico

Los datos fueron registrados por enfocar la luz laacuteser (4416 nm) en las dos capas que fueron separados por tanto como 70 μ m utilizando un microscopio de barrido laacuteser como se muestra en la Fig 8 Secuencias de bits de 24 x 24 bits por capa que forman las letras A y B se obtuvieron El intervalo de bit era 5 μ x 5 m en cada capa y la distancia de separacioacuten entre las capas fue de 70 μ fig La figura 9 muestra la lectura de las dos capas La diafoniacutea entre las capas era lo suficientemente pequentildeo para permitir que los datos grabados para ser claramente leiacutedos por el microscopio de contraste de fase diferencial Dado que la intensidad de la sentildeal era proporcional a la derivada del iacutendice de refraccioacuten las lecturas en los bordes de los bits se han mejorado ligeramente La velocidad de exploracioacuten era una capa por seg y la lectura se podriacutea repetir maacutes de 7000 veces sin destruir la informacioacuten grabada La diferencia en los iacutendices de refraccioacuten de los dos isoacutemeros se midioacute para ser 002 nm a 830 nm Desafortunadamente los spirobenzopyrans utilizados en el sistema anteriormente tienen poca durabilidad y los isoacutemeros foto generados eran teacutermicamente inestable

Derivados diarileteno

A derivados de diarileteno contienen los anillos heterociacuteclicos especiacuteficamente (a) 12-bis (2- metil-1-benzotiofen-3-il) perfluorocyclopentene y (b) 2- (12-dimetil-3-indolil) -3 - (245-trimetil-3-tienilo) de anhiacutedrido maleico [823]Estos compuestos no presentan

thermochromicity incluso a 200 deg C y sus formas de colores anillos cerrados son estables durante maacutes de 3 meses a 80 deg C Ademaacutes el ciclo de reaccioacuten de ciclacioacuten apertura de anillo se puede repetir maacutes de 104 veces sin peacuterdida de rendimiento fotocroacutemico Por lo tanto los derivados diarileteno de este tipo actualmente son los fotocroacutemico maacutes prometedor 12-bis (2 45-trimetil-3-tienil) eteno (B1536) se utilizoacute como un medio de memoria oacuteptico fotocroacutemico [24]B1536 no excitado existe como un isoacutemero de color amarillo que se convierte en un isoacutemero rojo tras la irradiacioacuten con luz 380 nm Los datos escritos de esta manera se pueden borrar irradiando el medio con 543 nm de luz

Este material fotocroacutemico (B1536) no exhibioacute ninguna fatiga aparente incluso despueacutes de 100 escritura borrado ciclos Por otra parte los datos escritos (por ejemplo los isoacutemeros rojo) se mantuvieron estables a 80 deg C durante maacutes de 3 meses y no se produjo el back-reaccioacuten teacutermica (del isoacutemero rojo al isoacutemero amarillo) incluso a 200 deg C Se utilizoacute un proceso de dos fotones que se centroacute en un punto en el medio de espesor para registrar los datos A 760 nm laacuteser de Ti zafiro opere en modo de laacuteser pulsado de modo bloqueado se empleoacute como fuente de luz de grabacioacuten Dado que la probabilidad de que se produzca la absorcioacuten de dos fotones es proporcional a la intensidad al cuadrado de la luz incidente fotoisomerizacioacuten solamente se induce en el punto focal donde la intensidad es muy alta [2025]Esta teacutecnica es atractivo para grabar datos en un medio que puede borrarse ya que permite que la informacioacuten se escribiraacute en una capa determinada sin borrar los datos ya escritos en capas vecinas La Figura 10 muestra imaacutegenes de lectura de los bits escritos en 26 capas consecutivas Los intervalos de bits y la capa eran 2 y 5 micras respectivamente Los datos se leen usando un microscopio confocal de reflexioacuten (RCM)

Los derivados de azobenceno

Derivados de azobenceno constituyen una familia de moleacuteculas de tinte que son bien conocidos por sus propiedades fotocroacutemicas Estas propiedades se deben a reversibles photoisomerizations cis-trans que los derivados se someten a [26]Derivados de azobenceno tienen dos isoacutemeros geomeacutetricos una forma trans y una forma cis (Figura 5)

La reaccioacuten de isomerizacioacuten que interconvierte estos dos isoacutemeros pueden ser iluminacioacuten o el calor inducido La forma trans generalmente es maacutes estable que la forma cis por tanto la isomerizacioacuten teacutermica ocurre generalmente a partir de los cis a la forma trans Sin embargo la luz induce transformaciones en ambas direcciones

Otro medio de grabacioacuten fue desarrollado por revestimiento alternativamente peliacuteculas fotosensibles (opolymer urethaneurea) y las peliacuteculas no fotosensibles (poli (alcohol viniacutelico) PVA) sobre un sustrato de vidrioFig 11 muestra la estructura del medio de grabacioacuten de muacuteltiples capas

41 solo fotoacuten y dos fotones de grabacioacuten

Grabacioacuten de un solo fotoacuten

Aunque la excitacioacuten de dos fotones es el meacutetodo maacutes deseable para la grabacioacuten de datos-bit en memorias oacutepticas 3D la grabacioacuten de un solo fotoacuten tambieacuten es un meacutetodo aceptable ya que da una buena separacioacuten entre los planos grabados Fig 9 datos

muestran registraron utilizando un proceso de un solo fotoacuten Un sistema tiacutepico para la grabacioacuten de fotoacuten uacutenico se muestra en la Fig 8 Un laacuteser de He-Cd de 4416 nm de longitud de onda se utiliza para grabar en el medio spirobezopyran y un laacuteser de Ar + de 488 nm se utilizoacute para grabar en el medio copoliacutemero de uretano-urea Diafoniacutea entre las capas fue insignificante en los casos ambos

Desde la grabacioacuten de un solo fotoacuten no requiere laacuteseres ultracortos-pulso se pueden utilizar laacuteseres semiconductores convencionales Por lo tanto los sistemas oacutepticos utilizados para la grabacioacuten en CD y dispositivos MO pueden aplicarse faacutecilmente a la grabacioacuten de memoria oacuteptica 3D

Single-Beam grabacioacuten de dos fotones

Una de las razones de la excitacioacuten de dos fotones es preferible para la grabacioacuten en sistemas de memoria oacuteptica 3D es porque la diafoniacutea entre dos capas adyacentes se reduce mucho con este meacutetodo Otra ventaja de la excitacioacuten teacutermica de dos fotones es que reduce la dispersioacuten muacuteltiple Esta reduccioacuten se produce porque el haz de iluminacioacuten que se utiliza tiene una longitud de onda infrarroja Un sistema de grabacioacuten oacuteptica tiacutepico para un solo haz la grabacioacuten de dos fotones es similar al sistema de grabacioacuten de un fotoacuten se muestra en la Fig 8 excepto que utiliza una fuente de luz diferente En el sistema mostrado en la Fig 8 A Ti zafiro laacuteser se utilizoacute como fuente de luz porque este laacuteser puede proporcionar la luz de potencia maacutexima alta que la naturaleza cooperativa de la excitacioacuten de dos fotones requiere para producir excitacioacuten eficiente Otros sistemas han sido desarrollados utilizando un Ti modo bloqueado zafiro laacuteser [242527] un laacuteser de colorante modo bloqueado y YAG laacuteser de modo bloqueado [2628] Luz de onda continua tambieacuten se ha investigado como un medio de producir el proceso de dos fotones [2930] Se requiere una lente de alta numeacuterico-apertura para lograr la separacioacuten de las capas ya que esto permite concentrarse en un punto bien confirmada en un punto en un medio de grosor La desventaja de los laacuteseres de impulsos ultracortos-es que aumentan el coste del dispositivo de grabacioacuten y hacen que sea difiacutecil para producir un sistema compacto

Recientemente un laacuteser compacto ultracorta pulso en el que se utilizoacute una fibra Erdoped como el resonador se desarrolloacute Laacuteseres semiconductores operados en modo de bloqueo tambieacuten estaacuten bajo investigacioacuten Por lo tanto el costo y el tamantildeo de los laacuteseres de impulsos ultracortos-disminuiraacuten pronto

En aacutengulo recto de dos haces dos PhotonRecording

Rentzepis et al Ha demostrado un dispositivo de memoria 3D que utiliza dos vigas en aacutengulo recto para acceder a un punto en un medio volumeacutetrica como se muestra en la Fig 6 [20]Este sistema demostroacute claramente que el almacenamiento de memoria 3D orientado a bits se puede lograr de esta manera Sus desventajas son que los dos haces son difiacuteciles de alinear de tal manera que se cortan en el mismo punto y que la distancia de trabajo de las lentes del objetivo son limitadas Mayor densidad de almacenamiento se logroacute utilizando lentes objetivos altos NA Sin embargo las pequentildeas distancias de trabajo de las lentes aun difiacutecil lograr la configuracioacuten de aacutengulo recto es necesario

Para resolver estos problemas Rentzepis et al [21] Propuso utilizar una viga como un haz de abordar avioacuten La luz SHG de un laacuteser YAG se utiliza para hacer frente a la viga mientras que 106 micras de luz de longitud de onda se utilizaron para transportar los datos De esta manera tuvieron eacutexito en la grabacioacuten de 100 capas con intervalos de 30 micras por capa y de 80 micras entre las capas5

Conclusioacuten

Se presentaron varios sistemas oacutepticos para leer y escribir memorias 3D utilizando materiales fotosensibles El uso de materiales fotocroacutemicos en el sistema de memoria 3D es deseable porque presentan varias ventajas importantes sobre los sistemas oacutepticos actuales incluyendo su capacidad borrable regrabable de alta resolucioacuten y alta sensibilidad Se presentaron varios materiales fotosensibles que tienen propiedades adecuadas como soportes de grabacioacuten de memoria 3DLas teacutecnicas de grabacioacuten 3D se han discutido que se describieron cumplido en lugar de conflicto con otras teacutecnicas para el logro de almacenamiento de memoria de alta densidad tales como multiplexacioacuten de longitud de onda la multiplexacioacuten de polarizacioacuten y el acortamiento de longitud de onda Combinando estos Teacutecnicas de resultados en aumento de la densidad de almacenamiento Utilizando la excitacioacuten twophoton es clave para lograr sistemas de memoria 3D eficaces De este modo los materiales fotosensibles con gran dos fotones coeficientes de absorcioacuten se deben desarrollar La memoria de varias capas que define los sistemas de memoria 3D es soacutelo una extensioacuten de memorias oacutepticas convencionales en la direccioacuten z por lo que la digitalizacioacuten el seguimiento y las teacutecnicas de auto-enfoque utilizado en los sistemas de memoria convencionales pueden ser adaptador para trabajar con sistemas 3D asiacute

El fotocromismo es una transformacioacuten reversible de una especie quiacutemica inducidas en una o ambas direcciones por la absorcioacuten de la radiacioacuten electromagneacutetica entre dos formas A y B que tiene un diferente espectro de absorcioacuten (Fig 1) La forma termodinaacutemicamente estable A se transforma por irradiacioacuten en la forma B La reaccioacuten inversa puede ocurrir teacutermicamente (fotocromismo de tipo T) o foto quiacutemicamente (fotocromismo de tipo P)

Los sistemas fotocroacutemicos orgaacutenicos maacutes prevalentes implicar reacciones unimoleculares las moleacuteculas fotocroacutemicas maacutes comunes tienen un incoloro o paacutelido amarillo forma A y una forma de color B (por ejemplo rojo o azul) Este fenoacutemeno se denomina a fotocromismo como positivo Otros sistemas son biomolecular tales como los que implican reacciones fotocicloadicioacuten Cuando λmax (A)gt λmax (B) fotocromismo es negativa o inversa

Se encuentran Los procesos unimoleculares por ejemplo con espiropiranos una familia de moleacuteculas que se ha estudiado ampliamente Espiropiranos fotocroacutemicos soacutelido o soluciones (en etanol tolueno eacuteter cetonas eacutesteres etc) son incoloros o deacutebilmente coloreados Tras la irradiacioacuten UV se vuelven de color Las soluciones de colores se desvanecen teacutermicamente a su estado original en muchos casos tambieacuten se pueden decolorar (blanqueado) por la luz visible Unos espiropiranos muestran fotocromismo negativo Ellos son de color en la oscuridad y blanqueados por la luz UV Muchos espiropiranos tambieacuten son termocroacutemico (ver definicioacuten maacutes abajo) y los espectros de las formas de color son ideacutenticos a los producidos fotoquiacutemicamente

Modelos 32 solo fotoacuten y de dos fotones

En general los procesos fotocroacutemicos implican un mecanismo de un solo fotoacuten B se forma a partir de la singlete (1A ) o triplete (3A ) estados excitados o ambos B la photoproduct tambieacuten puede formarse a partir de un estado excitado superior poblado por absorcioacuten de dos fotones

Fotocromismo de dos fotones

La probabilidad de transicioacuten para poblar el estado final (por lo tanto para obtener el fotoproducto) depende del producto del fotoacuten irradiancias Ep (1) y Ep (2) de los dos haces emocionantes Es por lo tanto ventajoso utilizar laacuteseres que emiten alta irradiacioacuten de fotones tales como los que la generacioacuten de picosegundos o subpicosegundos pulsos Dos procesos de absorcioacuten se pueden distinguir

a) la absorcioacuten simultaacutenea de dos fotones a traveacutes de un nivel virtual (Fig 2a)

b) por pasos (o secuencial) de absorcioacuten de dos fotones donde tiene lugar la segunda absorcioacuten de fotones de un nivel real (Fig 2b) La diferencia en la espectrometriacutea de propiedades (oacutepticas) se acompantildea de una diferencia de otras propiedades fiacutesicas El proceso simultaacuteneo (a) ha sido utilizado con eacutexito para excitar las moleacuteculas fotocroacutemicas en posiciones especiacuteficas dentro de un volumen para sistemas de memoria 3D (proceso de escritura) Un proceso de absorcioacuten de dos fotones tambieacuten se utilizoacute para excitar las moleacuteculas escritas que emiten fluorescencia (proceso de lectura) (Fig 3) [1718]

El proceso de excitacioacuten puede tambieacuten proceder a traveacutes de un intermedio metaestable (b) del proceso como con el derivado de dinaftopirano (1)Se encontroacute para isomerizar al derivado bicyclohexene (2) a traveacutes de una X intermedio (no aislado)Se ha utilizado dos fotones de 405 nm y observado que el rendimiento cuaacutentico de 110487392 es proporcional al cuadrado de la irradiacioacuten de fotones Se encontroacute que la reaccioacuten inversa 210487391 para proceder a 334 nm [19]

33 Las familias de compuestos fotocromaacuteticos orgaacutenicos

Famielies de Spiropyrams espirooxazinas y azo compuestos fotocroacutemicos orgaacutenicos se muestran en la Fig 4 En todos los casos HV2 ltHV1

4 Fotocroacutemico Orgaacutenica Para La memoria en tres Dimensiones

Un compuesto fotocroacutemico se caracteriza por su capacidad para alternar entre dos formas quiacutemicas diferentes que tienen diferentes espectros de absorcioacuten en respuesta a la irradiacioacuten por la luz de los medios de comunicacioacuten de onda de memoria adecuada (1) estabilidad teacutermica de ambos isoacutemeros (2) la resistencia a la fatiga durante ciacuteclico escribir y borrar procesos (3) una respuesta raacutepida (4) alta sensibilidad y (5) la capacidad de lectura no destructiva

Para la grabacioacuten 3D se prefiere un gran coeficiente de absorcioacuten de dos fotones porque la memoria 3D utiliza esencialmente un proceso de dos fotones para acceder a un punto dentro del medio volumeacutetrico En la siguiente seccioacuten se describen compuestos fotosensibles tiacutepicos utilizados para memorias 3D

Derivados Spirobenzopyran

Rentzepis et al [20] primero demostrado un sistema de memoria oacuteptica 3D orientado a bits utilizando un spirobenzopyran fotocroacutemico el espectro de absorcioacuten de los cuales se muestra en la Fig 5 Isoacutemero A tiene una banda de absorcioacuten maacutes corta que 450 nm y tras la irradiacioacuten con luz ultravioleta (UV) que se convierte en el isoacutemero B que tiene una banda de absorcioacuten alrededor de 600 nm (Fig 5) Isoacutemero B emite fluorescencia en torno a 700 nm tras fotoexcitacioacuten con 500 a 700 nm de luz

La Figura 6 ilustra el principio de memoria oacuteptica 3D basado en un proceso de dos fotones propuesto por Rentzepis et al [2021] Se utilizan dos haces de acceder a un punto en un medio de grabacioacuten volumeacutetrica Para la escritura de datos lo que requeriacutea de excitacioacuten en el ultravioletrange una absorcioacuten de dos fotones que implica ya sea un 1064 y un fotoacuten nm 532 (correspondiente a 355 nm de excitacioacuten) o dos fotones de 532 nm (correspondiente a 266 nm de excitacioacuten) En la interseccioacuten de las dos vigas isoacutemero A absorbe dos fotones simultaacuteneamente y photoisomerized al isoacutemero B

Se empleoacute un proceso de dos fotones similar para la lectura de datos Cuando isoacutemeros moleacuteculas B fueron excitados por la absorcioacuten de dos fotones 1064 nm la excitacioacuten causada soacutelo las moleacuteculas escritas para fluorescencia Aunque este meacutetodo de fluorescencia lectura es sensible la memoria se borra durante el proceso de lectura debido a los usados parcial para la ocurrencia de la reaccioacuten inversa de fotoexcitado

isoacutemero B al isoacutemero A Desafortunadamente un meacutetodo de lectura destructivo tal como esto no es praacutectico El desarrollo de meacutetodos no destructivos de lectura es esencial para que este sistema se convierta en praacutectica [8] Por lo tanto el meacutetodo maacutes prometedor es leer las memorias mediante la deteccioacuten de los cambios del iacutendice de refraccioacuten que acompantildean a la fotoisomerizacioacuten inducida por la luz de larga longitud de onda Este meacutetodo de lectura no induce reacciones fotosensibles

Lectura no destructiva se demostroacute usando una pequentildea diferencia en el iacutendice de refraccioacuten de los spirobenzopyranisomers (Fig 7) en el IR cercano [22] Se detectoacute la pequentildea variacioacuten del iacutendice de refraccioacuten mediante un diferencial de microscopio de contraste de fase de exploracioacuten laacuteser infrarrojo cercano (Fig 7) Los dos isoacutemeros de la spirobenzopyran tienen espectros de absorcioacuten muy diferente lo que sugiere que los isoacutemeros tambieacuten tienen diferentes iacutendices de refraccioacuten En la regioacuten del IR cercano alrededor de 800 nm ambos isoacutemeros tienen una absorcioacuten despreciable Por lo tanto la luz IR cercano necesario para leer el cambio de iacutendice de refraccioacuten no estimula la fotorreaccioacuten fotocroacutemico

Lectura no destructiva se demostroacute usando una pequentildea diferencia en el iacutendice de refraccioacuten de los spirobenzopyranisomers (Fig 7) en el IR cercano [22] Se detectoacute la pequentildea variacioacuten del iacutendice de refraccioacuten mediante un diferencial de microscopio de contraste de fase de exploracioacuten laacuteser infrarrojo cercano (Fig 7)Los dos isoacutemeros de la spirobenzopyran tienen espectros de absorcioacuten muy diferente lo que sugiere que los isoacutemeros tambieacuten tienen diferentes iacutendices de refraccioacuten En la regioacuten del IR cercano alrededor de 800 nm ambos isoacutemeros tienen una absorcioacuten despreciable Por lo tanto la luz IR cercano necesario para leer el cambio de iacutendice de refraccioacuten no estimula la fotorreaccioacuten fotocroacutemico

Los datos fueron registrados por enfocar la luz laacuteser (4416 nm) en las dos capas que fueron separados por tanto como 70 μ m utilizando un microscopio de barrido laacuteser como se muestra en la Fig 8 Secuencias de bits de 24 x 24 bits por capa que forman las letras A y B se obtuvieron El intervalo de bit era 5 μ x 5 m en cada capa y la distancia de separacioacuten entre las capas fue de 70 μ fig La figura 9 muestra la lectura de las dos capas La diafoniacutea entre las capas era lo suficientemente pequentildeo para permitir que los datos grabados para ser claramente leiacutedos por el microscopio de contraste de fase diferencial Dado que la intensidad de la sentildeal era proporcional a la derivada del iacutendice de refraccioacuten las lecturas en los bordes de los bits se han mejorado ligeramente La velocidad de exploracioacuten era una capa por seg y la lectura se podriacutea repetir maacutes de 7000 veces sin destruir la informacioacuten grabada La diferencia en los iacutendices de refraccioacuten de los dos isoacutemeros se midioacute para ser 002 nm a 830 nm Desafortunadamente los spirobenzopyrans utilizados en el sistema anteriormente tienen poca durabilidad y los isoacutemeros foto generados eran teacutermicamente inestable

Derivados diarileteno

A derivados de diarileteno contienen los anillos heterociacuteclicos especiacuteficamente (a) 12-bis (2- metil-1-benzotiofen-3-il) perfluorocyclopentene y (b) 2- (12-dimetil-3-indolil) -3 - (245-trimetil-3-tienilo) de anhiacutedrido maleico [823]Estos compuestos no presentan

thermochromicity incluso a 200 deg C y sus formas de colores anillos cerrados son estables durante maacutes de 3 meses a 80 deg C Ademaacutes el ciclo de reaccioacuten de ciclacioacuten apertura de anillo se puede repetir maacutes de 104 veces sin peacuterdida de rendimiento fotocroacutemico Por lo tanto los derivados diarileteno de este tipo actualmente son los fotocroacutemico maacutes prometedor 12-bis (2 45-trimetil-3-tienil) eteno (B1536) se utilizoacute como un medio de memoria oacuteptico fotocroacutemico [24]B1536 no excitado existe como un isoacutemero de color amarillo que se convierte en un isoacutemero rojo tras la irradiacioacuten con luz 380 nm Los datos escritos de esta manera se pueden borrar irradiando el medio con 543 nm de luz

Este material fotocroacutemico (B1536) no exhibioacute ninguna fatiga aparente incluso despueacutes de 100 escritura borrado ciclos Por otra parte los datos escritos (por ejemplo los isoacutemeros rojo) se mantuvieron estables a 80 deg C durante maacutes de 3 meses y no se produjo el back-reaccioacuten teacutermica (del isoacutemero rojo al isoacutemero amarillo) incluso a 200 deg C Se utilizoacute un proceso de dos fotones que se centroacute en un punto en el medio de espesor para registrar los datos A 760 nm laacuteser de Ti zafiro opere en modo de laacuteser pulsado de modo bloqueado se empleoacute como fuente de luz de grabacioacuten Dado que la probabilidad de que se produzca la absorcioacuten de dos fotones es proporcional a la intensidad al cuadrado de la luz incidente fotoisomerizacioacuten solamente se induce en el punto focal donde la intensidad es muy alta [2025]Esta teacutecnica es atractivo para grabar datos en un medio que puede borrarse ya que permite que la informacioacuten se escribiraacute en una capa determinada sin borrar los datos ya escritos en capas vecinas La Figura 10 muestra imaacutegenes de lectura de los bits escritos en 26 capas consecutivas Los intervalos de bits y la capa eran 2 y 5 micras respectivamente Los datos se leen usando un microscopio confocal de reflexioacuten (RCM)

Los derivados de azobenceno

Derivados de azobenceno constituyen una familia de moleacuteculas de tinte que son bien conocidos por sus propiedades fotocroacutemicas Estas propiedades se deben a reversibles photoisomerizations cis-trans que los derivados se someten a [26]Derivados de azobenceno tienen dos isoacutemeros geomeacutetricos una forma trans y una forma cis (Figura 5)

La reaccioacuten de isomerizacioacuten que interconvierte estos dos isoacutemeros pueden ser iluminacioacuten o el calor inducido La forma trans generalmente es maacutes estable que la forma cis por tanto la isomerizacioacuten teacutermica ocurre generalmente a partir de los cis a la forma trans Sin embargo la luz induce transformaciones en ambas direcciones

Otro medio de grabacioacuten fue desarrollado por revestimiento alternativamente peliacuteculas fotosensibles (opolymer urethaneurea) y las peliacuteculas no fotosensibles (poli (alcohol viniacutelico) PVA) sobre un sustrato de vidrioFig 11 muestra la estructura del medio de grabacioacuten de muacuteltiples capas

41 solo fotoacuten y dos fotones de grabacioacuten

Grabacioacuten de un solo fotoacuten

Aunque la excitacioacuten de dos fotones es el meacutetodo maacutes deseable para la grabacioacuten de datos-bit en memorias oacutepticas 3D la grabacioacuten de un solo fotoacuten tambieacuten es un meacutetodo aceptable ya que da una buena separacioacuten entre los planos grabados Fig 9 datos

muestran registraron utilizando un proceso de un solo fotoacuten Un sistema tiacutepico para la grabacioacuten de fotoacuten uacutenico se muestra en la Fig 8 Un laacuteser de He-Cd de 4416 nm de longitud de onda se utiliza para grabar en el medio spirobezopyran y un laacuteser de Ar + de 488 nm se utilizoacute para grabar en el medio copoliacutemero de uretano-urea Diafoniacutea entre las capas fue insignificante en los casos ambos

Desde la grabacioacuten de un solo fotoacuten no requiere laacuteseres ultracortos-pulso se pueden utilizar laacuteseres semiconductores convencionales Por lo tanto los sistemas oacutepticos utilizados para la grabacioacuten en CD y dispositivos MO pueden aplicarse faacutecilmente a la grabacioacuten de memoria oacuteptica 3D

Single-Beam grabacioacuten de dos fotones

Una de las razones de la excitacioacuten de dos fotones es preferible para la grabacioacuten en sistemas de memoria oacuteptica 3D es porque la diafoniacutea entre dos capas adyacentes se reduce mucho con este meacutetodo Otra ventaja de la excitacioacuten teacutermica de dos fotones es que reduce la dispersioacuten muacuteltiple Esta reduccioacuten se produce porque el haz de iluminacioacuten que se utiliza tiene una longitud de onda infrarroja Un sistema de grabacioacuten oacuteptica tiacutepico para un solo haz la grabacioacuten de dos fotones es similar al sistema de grabacioacuten de un fotoacuten se muestra en la Fig 8 excepto que utiliza una fuente de luz diferente En el sistema mostrado en la Fig 8 A Ti zafiro laacuteser se utilizoacute como fuente de luz porque este laacuteser puede proporcionar la luz de potencia maacutexima alta que la naturaleza cooperativa de la excitacioacuten de dos fotones requiere para producir excitacioacuten eficiente Otros sistemas han sido desarrollados utilizando un Ti modo bloqueado zafiro laacuteser [242527] un laacuteser de colorante modo bloqueado y YAG laacuteser de modo bloqueado [2628] Luz de onda continua tambieacuten se ha investigado como un medio de producir el proceso de dos fotones [2930] Se requiere una lente de alta numeacuterico-apertura para lograr la separacioacuten de las capas ya que esto permite concentrarse en un punto bien confirmada en un punto en un medio de grosor La desventaja de los laacuteseres de impulsos ultracortos-es que aumentan el coste del dispositivo de grabacioacuten y hacen que sea difiacutecil para producir un sistema compacto

Recientemente un laacuteser compacto ultracorta pulso en el que se utilizoacute una fibra Erdoped como el resonador se desarrolloacute Laacuteseres semiconductores operados en modo de bloqueo tambieacuten estaacuten bajo investigacioacuten Por lo tanto el costo y el tamantildeo de los laacuteseres de impulsos ultracortos-disminuiraacuten pronto

En aacutengulo recto de dos haces dos PhotonRecording

Rentzepis et al Ha demostrado un dispositivo de memoria 3D que utiliza dos vigas en aacutengulo recto para acceder a un punto en un medio volumeacutetrica como se muestra en la Fig 6 [20]Este sistema demostroacute claramente que el almacenamiento de memoria 3D orientado a bits se puede lograr de esta manera Sus desventajas son que los dos haces son difiacuteciles de alinear de tal manera que se cortan en el mismo punto y que la distancia de trabajo de las lentes del objetivo son limitadas Mayor densidad de almacenamiento se logroacute utilizando lentes objetivos altos NA Sin embargo las pequentildeas distancias de trabajo de las lentes aun difiacutecil lograr la configuracioacuten de aacutengulo recto es necesario

Para resolver estos problemas Rentzepis et al [21] Propuso utilizar una viga como un haz de abordar avioacuten La luz SHG de un laacuteser YAG se utiliza para hacer frente a la viga mientras que 106 micras de luz de longitud de onda se utilizaron para transportar los datos De esta manera tuvieron eacutexito en la grabacioacuten de 100 capas con intervalos de 30 micras por capa y de 80 micras entre las capas5

Conclusioacuten

Se presentaron varios sistemas oacutepticos para leer y escribir memorias 3D utilizando materiales fotosensibles El uso de materiales fotocroacutemicos en el sistema de memoria 3D es deseable porque presentan varias ventajas importantes sobre los sistemas oacutepticos actuales incluyendo su capacidad borrable regrabable de alta resolucioacuten y alta sensibilidad Se presentaron varios materiales fotosensibles que tienen propiedades adecuadas como soportes de grabacioacuten de memoria 3DLas teacutecnicas de grabacioacuten 3D se han discutido que se describieron cumplido en lugar de conflicto con otras teacutecnicas para el logro de almacenamiento de memoria de alta densidad tales como multiplexacioacuten de longitud de onda la multiplexacioacuten de polarizacioacuten y el acortamiento de longitud de onda Combinando estos Teacutecnicas de resultados en aumento de la densidad de almacenamiento Utilizando la excitacioacuten twophoton es clave para lograr sistemas de memoria 3D eficaces De este modo los materiales fotosensibles con gran dos fotones coeficientes de absorcioacuten se deben desarrollar La memoria de varias capas que define los sistemas de memoria 3D es soacutelo una extensioacuten de memorias oacutepticas convencionales en la direccioacuten z por lo que la digitalizacioacuten el seguimiento y las teacutecnicas de auto-enfoque utilizado en los sistemas de memoria convencionales pueden ser adaptador para trabajar con sistemas 3D asiacute

El proceso de excitacioacuten puede tambieacuten proceder a traveacutes de un intermedio metaestable (b) del proceso como con el derivado de dinaftopirano (1)Se encontroacute para isomerizar al derivado bicyclohexene (2) a traveacutes de una X intermedio (no aislado)Se ha utilizado dos fotones de 405 nm y observado que el rendimiento cuaacutentico de 110487392 es proporcional al cuadrado de la irradiacioacuten de fotones Se encontroacute que la reaccioacuten inversa 210487391 para proceder a 334 nm [19]

33 Las familias de compuestos fotocromaacuteticos orgaacutenicos

Famielies de Spiropyrams espirooxazinas y azo compuestos fotocroacutemicos orgaacutenicos se muestran en la Fig 4 En todos los casos HV2 ltHV1

4 Fotocroacutemico Orgaacutenica Para La memoria en tres Dimensiones

Un compuesto fotocroacutemico se caracteriza por su capacidad para alternar entre dos formas quiacutemicas diferentes que tienen diferentes espectros de absorcioacuten en respuesta a la irradiacioacuten por la luz de los medios de comunicacioacuten de onda de memoria adecuada (1) estabilidad teacutermica de ambos isoacutemeros (2) la resistencia a la fatiga durante ciacuteclico escribir y borrar procesos (3) una respuesta raacutepida (4) alta sensibilidad y (5) la capacidad de lectura no destructiva

Para la grabacioacuten 3D se prefiere un gran coeficiente de absorcioacuten de dos fotones porque la memoria 3D utiliza esencialmente un proceso de dos fotones para acceder a un punto dentro del medio volumeacutetrico En la siguiente seccioacuten se describen compuestos fotosensibles tiacutepicos utilizados para memorias 3D

Derivados Spirobenzopyran

Rentzepis et al [20] primero demostrado un sistema de memoria oacuteptica 3D orientado a bits utilizando un spirobenzopyran fotocroacutemico el espectro de absorcioacuten de los cuales se muestra en la Fig 5 Isoacutemero A tiene una banda de absorcioacuten maacutes corta que 450 nm y tras la irradiacioacuten con luz ultravioleta (UV) que se convierte en el isoacutemero B que tiene una banda de absorcioacuten alrededor de 600 nm (Fig 5) Isoacutemero B emite fluorescencia en torno a 700 nm tras fotoexcitacioacuten con 500 a 700 nm de luz

La Figura 6 ilustra el principio de memoria oacuteptica 3D basado en un proceso de dos fotones propuesto por Rentzepis et al [2021] Se utilizan dos haces de acceder a un punto en un medio de grabacioacuten volumeacutetrica Para la escritura de datos lo que requeriacutea de excitacioacuten en el ultravioletrange una absorcioacuten de dos fotones que implica ya sea un 1064 y un fotoacuten nm 532 (correspondiente a 355 nm de excitacioacuten) o dos fotones de 532 nm (correspondiente a 266 nm de excitacioacuten) En la interseccioacuten de las dos vigas isoacutemero A absorbe dos fotones simultaacuteneamente y photoisomerized al isoacutemero B

Se empleoacute un proceso de dos fotones similar para la lectura de datos Cuando isoacutemeros moleacuteculas B fueron excitados por la absorcioacuten de dos fotones 1064 nm la excitacioacuten causada soacutelo las moleacuteculas escritas para fluorescencia Aunque este meacutetodo de fluorescencia lectura es sensible la memoria se borra durante el proceso de lectura debido a los usados parcial para la ocurrencia de la reaccioacuten inversa de fotoexcitado

isoacutemero B al isoacutemero A Desafortunadamente un meacutetodo de lectura destructivo tal como esto no es praacutectico El desarrollo de meacutetodos no destructivos de lectura es esencial para que este sistema se convierta en praacutectica [8] Por lo tanto el meacutetodo maacutes prometedor es leer las memorias mediante la deteccioacuten de los cambios del iacutendice de refraccioacuten que acompantildean a la fotoisomerizacioacuten inducida por la luz de larga longitud de onda Este meacutetodo de lectura no induce reacciones fotosensibles

Lectura no destructiva se demostroacute usando una pequentildea diferencia en el iacutendice de refraccioacuten de los spirobenzopyranisomers (Fig 7) en el IR cercano [22] Se detectoacute la pequentildea variacioacuten del iacutendice de refraccioacuten mediante un diferencial de microscopio de contraste de fase de exploracioacuten laacuteser infrarrojo cercano (Fig 7) Los dos isoacutemeros de la spirobenzopyran tienen espectros de absorcioacuten muy diferente lo que sugiere que los isoacutemeros tambieacuten tienen diferentes iacutendices de refraccioacuten En la regioacuten del IR cercano alrededor de 800 nm ambos isoacutemeros tienen una absorcioacuten despreciable Por lo tanto la luz IR cercano necesario para leer el cambio de iacutendice de refraccioacuten no estimula la fotorreaccioacuten fotocroacutemico

Lectura no destructiva se demostroacute usando una pequentildea diferencia en el iacutendice de refraccioacuten de los spirobenzopyranisomers (Fig 7) en el IR cercano [22] Se detectoacute la pequentildea variacioacuten del iacutendice de refraccioacuten mediante un diferencial de microscopio de contraste de fase de exploracioacuten laacuteser infrarrojo cercano (Fig 7)Los dos isoacutemeros de la spirobenzopyran tienen espectros de absorcioacuten muy diferente lo que sugiere que los isoacutemeros tambieacuten tienen diferentes iacutendices de refraccioacuten En la regioacuten del IR cercano alrededor de 800 nm ambos isoacutemeros tienen una absorcioacuten despreciable Por lo tanto la luz IR cercano necesario para leer el cambio de iacutendice de refraccioacuten no estimula la fotorreaccioacuten fotocroacutemico

Los datos fueron registrados por enfocar la luz laacuteser (4416 nm) en las dos capas que fueron separados por tanto como 70 μ m utilizando un microscopio de barrido laacuteser como se muestra en la Fig 8 Secuencias de bits de 24 x 24 bits por capa que forman las letras A y B se obtuvieron El intervalo de bit era 5 μ x 5 m en cada capa y la distancia de separacioacuten entre las capas fue de 70 μ fig La figura 9 muestra la lectura de las dos capas La diafoniacutea entre las capas era lo suficientemente pequentildeo para permitir que los datos grabados para ser claramente leiacutedos por el microscopio de contraste de fase diferencial Dado que la intensidad de la sentildeal era proporcional a la derivada del iacutendice de refraccioacuten las lecturas en los bordes de los bits se han mejorado ligeramente La velocidad de exploracioacuten era una capa por seg y la lectura se podriacutea repetir maacutes de 7000 veces sin destruir la informacioacuten grabada La diferencia en los iacutendices de refraccioacuten de los dos isoacutemeros se midioacute para ser 002 nm a 830 nm Desafortunadamente los spirobenzopyrans utilizados en el sistema anteriormente tienen poca durabilidad y los isoacutemeros foto generados eran teacutermicamente inestable

Derivados diarileteno

A derivados de diarileteno contienen los anillos heterociacuteclicos especiacuteficamente (a) 12-bis (2- metil-1-benzotiofen-3-il) perfluorocyclopentene y (b) 2- (12-dimetil-3-indolil) -3 - (245-trimetil-3-tienilo) de anhiacutedrido maleico [823]Estos compuestos no presentan

thermochromicity incluso a 200 deg C y sus formas de colores anillos cerrados son estables durante maacutes de 3 meses a 80 deg C Ademaacutes el ciclo de reaccioacuten de ciclacioacuten apertura de anillo se puede repetir maacutes de 104 veces sin peacuterdida de rendimiento fotocroacutemico Por lo tanto los derivados diarileteno de este tipo actualmente son los fotocroacutemico maacutes prometedor 12-bis (2 45-trimetil-3-tienil) eteno (B1536) se utilizoacute como un medio de memoria oacuteptico fotocroacutemico [24]B1536 no excitado existe como un isoacutemero de color amarillo que se convierte en un isoacutemero rojo tras la irradiacioacuten con luz 380 nm Los datos escritos de esta manera se pueden borrar irradiando el medio con 543 nm de luz

Este material fotocroacutemico (B1536) no exhibioacute ninguna fatiga aparente incluso despueacutes de 100 escritura borrado ciclos Por otra parte los datos escritos (por ejemplo los isoacutemeros rojo) se mantuvieron estables a 80 deg C durante maacutes de 3 meses y no se produjo el back-reaccioacuten teacutermica (del isoacutemero rojo al isoacutemero amarillo) incluso a 200 deg C Se utilizoacute un proceso de dos fotones que se centroacute en un punto en el medio de espesor para registrar los datos A 760 nm laacuteser de Ti zafiro opere en modo de laacuteser pulsado de modo bloqueado se empleoacute como fuente de luz de grabacioacuten Dado que la probabilidad de que se produzca la absorcioacuten de dos fotones es proporcional a la intensidad al cuadrado de la luz incidente fotoisomerizacioacuten solamente se induce en el punto focal donde la intensidad es muy alta [2025]Esta teacutecnica es atractivo para grabar datos en un medio que puede borrarse ya que permite que la informacioacuten se escribiraacute en una capa determinada sin borrar los datos ya escritos en capas vecinas La Figura 10 muestra imaacutegenes de lectura de los bits escritos en 26 capas consecutivas Los intervalos de bits y la capa eran 2 y 5 micras respectivamente Los datos se leen usando un microscopio confocal de reflexioacuten (RCM)

Los derivados de azobenceno

Derivados de azobenceno constituyen una familia de moleacuteculas de tinte que son bien conocidos por sus propiedades fotocroacutemicas Estas propiedades se deben a reversibles photoisomerizations cis-trans que los derivados se someten a [26]Derivados de azobenceno tienen dos isoacutemeros geomeacutetricos una forma trans y una forma cis (Figura 5)

La reaccioacuten de isomerizacioacuten que interconvierte estos dos isoacutemeros pueden ser iluminacioacuten o el calor inducido La forma trans generalmente es maacutes estable que la forma cis por tanto la isomerizacioacuten teacutermica ocurre generalmente a partir de los cis a la forma trans Sin embargo la luz induce transformaciones en ambas direcciones

Otro medio de grabacioacuten fue desarrollado por revestimiento alternativamente peliacuteculas fotosensibles (opolymer urethaneurea) y las peliacuteculas no fotosensibles (poli (alcohol viniacutelico) PVA) sobre un sustrato de vidrioFig 11 muestra la estructura del medio de grabacioacuten de muacuteltiples capas

41 solo fotoacuten y dos fotones de grabacioacuten

Grabacioacuten de un solo fotoacuten

Aunque la excitacioacuten de dos fotones es el meacutetodo maacutes deseable para la grabacioacuten de datos-bit en memorias oacutepticas 3D la grabacioacuten de un solo fotoacuten tambieacuten es un meacutetodo aceptable ya que da una buena separacioacuten entre los planos grabados Fig 9 datos

muestran registraron utilizando un proceso de un solo fotoacuten Un sistema tiacutepico para la grabacioacuten de fotoacuten uacutenico se muestra en la Fig 8 Un laacuteser de He-Cd de 4416 nm de longitud de onda se utiliza para grabar en el medio spirobezopyran y un laacuteser de Ar + de 488 nm se utilizoacute para grabar en el medio copoliacutemero de uretano-urea Diafoniacutea entre las capas fue insignificante en los casos ambos

Desde la grabacioacuten de un solo fotoacuten no requiere laacuteseres ultracortos-pulso se pueden utilizar laacuteseres semiconductores convencionales Por lo tanto los sistemas oacutepticos utilizados para la grabacioacuten en CD y dispositivos MO pueden aplicarse faacutecilmente a la grabacioacuten de memoria oacuteptica 3D

Single-Beam grabacioacuten de dos fotones

Una de las razones de la excitacioacuten de dos fotones es preferible para la grabacioacuten en sistemas de memoria oacuteptica 3D es porque la diafoniacutea entre dos capas adyacentes se reduce mucho con este meacutetodo Otra ventaja de la excitacioacuten teacutermica de dos fotones es que reduce la dispersioacuten muacuteltiple Esta reduccioacuten se produce porque el haz de iluminacioacuten que se utiliza tiene una longitud de onda infrarroja Un sistema de grabacioacuten oacuteptica tiacutepico para un solo haz la grabacioacuten de dos fotones es similar al sistema de grabacioacuten de un fotoacuten se muestra en la Fig 8 excepto que utiliza una fuente de luz diferente En el sistema mostrado en la Fig 8 A Ti zafiro laacuteser se utilizoacute como fuente de luz porque este laacuteser puede proporcionar la luz de potencia maacutexima alta que la naturaleza cooperativa de la excitacioacuten de dos fotones requiere para producir excitacioacuten eficiente Otros sistemas han sido desarrollados utilizando un Ti modo bloqueado zafiro laacuteser [242527] un laacuteser de colorante modo bloqueado y YAG laacuteser de modo bloqueado [2628] Luz de onda continua tambieacuten se ha investigado como un medio de producir el proceso de dos fotones [2930] Se requiere una lente de alta numeacuterico-apertura para lograr la separacioacuten de las capas ya que esto permite concentrarse en un punto bien confirmada en un punto en un medio de grosor La desventaja de los laacuteseres de impulsos ultracortos-es que aumentan el coste del dispositivo de grabacioacuten y hacen que sea difiacutecil para producir un sistema compacto

Recientemente un laacuteser compacto ultracorta pulso en el que se utilizoacute una fibra Erdoped como el resonador se desarrolloacute Laacuteseres semiconductores operados en modo de bloqueo tambieacuten estaacuten bajo investigacioacuten Por lo tanto el costo y el tamantildeo de los laacuteseres de impulsos ultracortos-disminuiraacuten pronto

En aacutengulo recto de dos haces dos PhotonRecording

Rentzepis et al Ha demostrado un dispositivo de memoria 3D que utiliza dos vigas en aacutengulo recto para acceder a un punto en un medio volumeacutetrica como se muestra en la Fig 6 [20]Este sistema demostroacute claramente que el almacenamiento de memoria 3D orientado a bits se puede lograr de esta manera Sus desventajas son que los dos haces son difiacuteciles de alinear de tal manera que se cortan en el mismo punto y que la distancia de trabajo de las lentes del objetivo son limitadas Mayor densidad de almacenamiento se logroacute utilizando lentes objetivos altos NA Sin embargo las pequentildeas distancias de trabajo de las lentes aun difiacutecil lograr la configuracioacuten de aacutengulo recto es necesario

Para resolver estos problemas Rentzepis et al [21] Propuso utilizar una viga como un haz de abordar avioacuten La luz SHG de un laacuteser YAG se utiliza para hacer frente a la viga mientras que 106 micras de luz de longitud de onda se utilizaron para transportar los datos De esta manera tuvieron eacutexito en la grabacioacuten de 100 capas con intervalos de 30 micras por capa y de 80 micras entre las capas5

Conclusioacuten

Se presentaron varios sistemas oacutepticos para leer y escribir memorias 3D utilizando materiales fotosensibles El uso de materiales fotocroacutemicos en el sistema de memoria 3D es deseable porque presentan varias ventajas importantes sobre los sistemas oacutepticos actuales incluyendo su capacidad borrable regrabable de alta resolucioacuten y alta sensibilidad Se presentaron varios materiales fotosensibles que tienen propiedades adecuadas como soportes de grabacioacuten de memoria 3DLas teacutecnicas de grabacioacuten 3D se han discutido que se describieron cumplido en lugar de conflicto con otras teacutecnicas para el logro de almacenamiento de memoria de alta densidad tales como multiplexacioacuten de longitud de onda la multiplexacioacuten de polarizacioacuten y el acortamiento de longitud de onda Combinando estos Teacutecnicas de resultados en aumento de la densidad de almacenamiento Utilizando la excitacioacuten twophoton es clave para lograr sistemas de memoria 3D eficaces De este modo los materiales fotosensibles con gran dos fotones coeficientes de absorcioacuten se deben desarrollar La memoria de varias capas que define los sistemas de memoria 3D es soacutelo una extensioacuten de memorias oacutepticas convencionales en la direccioacuten z por lo que la digitalizacioacuten el seguimiento y las teacutecnicas de auto-enfoque utilizado en los sistemas de memoria convencionales pueden ser adaptador para trabajar con sistemas 3D asiacute

isoacutemero B al isoacutemero A Desafortunadamente un meacutetodo de lectura destructivo tal como esto no es praacutectico El desarrollo de meacutetodos no destructivos de lectura es esencial para que este sistema se convierta en praacutectica [8] Por lo tanto el meacutetodo maacutes prometedor es leer las memorias mediante la deteccioacuten de los cambios del iacutendice de refraccioacuten que acompantildean a la fotoisomerizacioacuten inducida por la luz de larga longitud de onda Este meacutetodo de lectura no induce reacciones fotosensibles

Lectura no destructiva se demostroacute usando una pequentildea diferencia en el iacutendice de refraccioacuten de los spirobenzopyranisomers (Fig 7) en el IR cercano [22] Se detectoacute la pequentildea variacioacuten del iacutendice de refraccioacuten mediante un diferencial de microscopio de contraste de fase de exploracioacuten laacuteser infrarrojo cercano (Fig 7) Los dos isoacutemeros de la spirobenzopyran tienen espectros de absorcioacuten muy diferente lo que sugiere que los isoacutemeros tambieacuten tienen diferentes iacutendices de refraccioacuten En la regioacuten del IR cercano alrededor de 800 nm ambos isoacutemeros tienen una absorcioacuten despreciable Por lo tanto la luz IR cercano necesario para leer el cambio de iacutendice de refraccioacuten no estimula la fotorreaccioacuten fotocroacutemico

Lectura no destructiva se demostroacute usando una pequentildea diferencia en el iacutendice de refraccioacuten de los spirobenzopyranisomers (Fig 7) en el IR cercano [22] Se detectoacute la pequentildea variacioacuten del iacutendice de refraccioacuten mediante un diferencial de microscopio de contraste de fase de exploracioacuten laacuteser infrarrojo cercano (Fig 7)Los dos isoacutemeros de la spirobenzopyran tienen espectros de absorcioacuten muy diferente lo que sugiere que los isoacutemeros tambieacuten tienen diferentes iacutendices de refraccioacuten En la regioacuten del IR cercano alrededor de 800 nm ambos isoacutemeros tienen una absorcioacuten despreciable Por lo tanto la luz IR cercano necesario para leer el cambio de iacutendice de refraccioacuten no estimula la fotorreaccioacuten fotocroacutemico

Los datos fueron registrados por enfocar la luz laacuteser (4416 nm) en las dos capas que fueron separados por tanto como 70 μ m utilizando un microscopio de barrido laacuteser como se muestra en la Fig 8 Secuencias de bits de 24 x 24 bits por capa que forman las letras A y B se obtuvieron El intervalo de bit era 5 μ x 5 m en cada capa y la distancia de separacioacuten entre las capas fue de 70 μ fig La figura 9 muestra la lectura de las dos capas La diafoniacutea entre las capas era lo suficientemente pequentildeo para permitir que los datos grabados para ser claramente leiacutedos por el microscopio de contraste de fase diferencial Dado que la intensidad de la sentildeal era proporcional a la derivada del iacutendice de refraccioacuten las lecturas en los bordes de los bits se han mejorado ligeramente La velocidad de exploracioacuten era una capa por seg y la lectura se podriacutea repetir maacutes de 7000 veces sin destruir la informacioacuten grabada La diferencia en los iacutendices de refraccioacuten de los dos isoacutemeros se midioacute para ser 002 nm a 830 nm Desafortunadamente los spirobenzopyrans utilizados en el sistema anteriormente tienen poca durabilidad y los isoacutemeros foto generados eran teacutermicamente inestable

Derivados diarileteno

A derivados de diarileteno contienen los anillos heterociacuteclicos especiacuteficamente (a) 12-bis (2- metil-1-benzotiofen-3-il) perfluorocyclopentene y (b) 2- (12-dimetil-3-indolil) -3 - (245-trimetil-3-tienilo) de anhiacutedrido maleico [823]Estos compuestos no presentan

thermochromicity incluso a 200 deg C y sus formas de colores anillos cerrados son estables durante maacutes de 3 meses a 80 deg C Ademaacutes el ciclo de reaccioacuten de ciclacioacuten apertura de anillo se puede repetir maacutes de 104 veces sin peacuterdida de rendimiento fotocroacutemico Por lo tanto los derivados diarileteno de este tipo actualmente son los fotocroacutemico maacutes prometedor 12-bis (2 45-trimetil-3-tienil) eteno (B1536) se utilizoacute como un medio de memoria oacuteptico fotocroacutemico [24]B1536 no excitado existe como un isoacutemero de color amarillo que se convierte en un isoacutemero rojo tras la irradiacioacuten con luz 380 nm Los datos escritos de esta manera se pueden borrar irradiando el medio con 543 nm de luz

Este material fotocroacutemico (B1536) no exhibioacute ninguna fatiga aparente incluso despueacutes de 100 escritura borrado ciclos Por otra parte los datos escritos (por ejemplo los isoacutemeros rojo) se mantuvieron estables a 80 deg C durante maacutes de 3 meses y no se produjo el back-reaccioacuten teacutermica (del isoacutemero rojo al isoacutemero amarillo) incluso a 200 deg C Se utilizoacute un proceso de dos fotones que se centroacute en un punto en el medio de espesor para registrar los datos A 760 nm laacuteser de Ti zafiro opere en modo de laacuteser pulsado de modo bloqueado se empleoacute como fuente de luz de grabacioacuten Dado que la probabilidad de que se produzca la absorcioacuten de dos fotones es proporcional a la intensidad al cuadrado de la luz incidente fotoisomerizacioacuten solamente se induce en el punto focal donde la intensidad es muy alta [2025]Esta teacutecnica es atractivo para grabar datos en un medio que puede borrarse ya que permite que la informacioacuten se escribiraacute en una capa determinada sin borrar los datos ya escritos en capas vecinas La Figura 10 muestra imaacutegenes de lectura de los bits escritos en 26 capas consecutivas Los intervalos de bits y la capa eran 2 y 5 micras respectivamente Los datos se leen usando un microscopio confocal de reflexioacuten (RCM)

Los derivados de azobenceno

Derivados de azobenceno constituyen una familia de moleacuteculas de tinte que son bien conocidos por sus propiedades fotocroacutemicas Estas propiedades se deben a reversibles photoisomerizations cis-trans que los derivados se someten a [26]Derivados de azobenceno tienen dos isoacutemeros geomeacutetricos una forma trans y una forma cis (Figura 5)

La reaccioacuten de isomerizacioacuten que interconvierte estos dos isoacutemeros pueden ser iluminacioacuten o el calor inducido La forma trans generalmente es maacutes estable que la forma cis por tanto la isomerizacioacuten teacutermica ocurre generalmente a partir de los cis a la forma trans Sin embargo la luz induce transformaciones en ambas direcciones

Otro medio de grabacioacuten fue desarrollado por revestimiento alternativamente peliacuteculas fotosensibles (opolymer urethaneurea) y las peliacuteculas no fotosensibles (poli (alcohol viniacutelico) PVA) sobre un sustrato de vidrioFig 11 muestra la estructura del medio de grabacioacuten de muacuteltiples capas

41 solo fotoacuten y dos fotones de grabacioacuten

Grabacioacuten de un solo fotoacuten

Aunque la excitacioacuten de dos fotones es el meacutetodo maacutes deseable para la grabacioacuten de datos-bit en memorias oacutepticas 3D la grabacioacuten de un solo fotoacuten tambieacuten es un meacutetodo aceptable ya que da una buena separacioacuten entre los planos grabados Fig 9 datos

muestran registraron utilizando un proceso de un solo fotoacuten Un sistema tiacutepico para la grabacioacuten de fotoacuten uacutenico se muestra en la Fig 8 Un laacuteser de He-Cd de 4416 nm de longitud de onda se utiliza para grabar en el medio spirobezopyran y un laacuteser de Ar + de 488 nm se utilizoacute para grabar en el medio copoliacutemero de uretano-urea Diafoniacutea entre las capas fue insignificante en los casos ambos

Desde la grabacioacuten de un solo fotoacuten no requiere laacuteseres ultracortos-pulso se pueden utilizar laacuteseres semiconductores convencionales Por lo tanto los sistemas oacutepticos utilizados para la grabacioacuten en CD y dispositivos MO pueden aplicarse faacutecilmente a la grabacioacuten de memoria oacuteptica 3D

Single-Beam grabacioacuten de dos fotones

Una de las razones de la excitacioacuten de dos fotones es preferible para la grabacioacuten en sistemas de memoria oacuteptica 3D es porque la diafoniacutea entre dos capas adyacentes se reduce mucho con este meacutetodo Otra ventaja de la excitacioacuten teacutermica de dos fotones es que reduce la dispersioacuten muacuteltiple Esta reduccioacuten se produce porque el haz de iluminacioacuten que se utiliza tiene una longitud de onda infrarroja Un sistema de grabacioacuten oacuteptica tiacutepico para un solo haz la grabacioacuten de dos fotones es similar al sistema de grabacioacuten de un fotoacuten se muestra en la Fig 8 excepto que utiliza una fuente de luz diferente En el sistema mostrado en la Fig 8 A Ti zafiro laacuteser se utilizoacute como fuente de luz porque este laacuteser puede proporcionar la luz de potencia maacutexima alta que la naturaleza cooperativa de la excitacioacuten de dos fotones requiere para producir excitacioacuten eficiente Otros sistemas han sido desarrollados utilizando un Ti modo bloqueado zafiro laacuteser [242527] un laacuteser de colorante modo bloqueado y YAG laacuteser de modo bloqueado [2628] Luz de onda continua tambieacuten se ha investigado como un medio de producir el proceso de dos fotones [2930] Se requiere una lente de alta numeacuterico-apertura para lograr la separacioacuten de las capas ya que esto permite concentrarse en un punto bien confirmada en un punto en un medio de grosor La desventaja de los laacuteseres de impulsos ultracortos-es que aumentan el coste del dispositivo de grabacioacuten y hacen que sea difiacutecil para producir un sistema compacto

Recientemente un laacuteser compacto ultracorta pulso en el que se utilizoacute una fibra Erdoped como el resonador se desarrolloacute Laacuteseres semiconductores operados en modo de bloqueo tambieacuten estaacuten bajo investigacioacuten Por lo tanto el costo y el tamantildeo de los laacuteseres de impulsos ultracortos-disminuiraacuten pronto

En aacutengulo recto de dos haces dos PhotonRecording

Rentzepis et al Ha demostrado un dispositivo de memoria 3D que utiliza dos vigas en aacutengulo recto para acceder a un punto en un medio volumeacutetrica como se muestra en la Fig 6 [20]Este sistema demostroacute claramente que el almacenamiento de memoria 3D orientado a bits se puede lograr de esta manera Sus desventajas son que los dos haces son difiacuteciles de alinear de tal manera que se cortan en el mismo punto y que la distancia de trabajo de las lentes del objetivo son limitadas Mayor densidad de almacenamiento se logroacute utilizando lentes objetivos altos NA Sin embargo las pequentildeas distancias de trabajo de las lentes aun difiacutecil lograr la configuracioacuten de aacutengulo recto es necesario

Para resolver estos problemas Rentzepis et al [21] Propuso utilizar una viga como un haz de abordar avioacuten La luz SHG de un laacuteser YAG se utiliza para hacer frente a la viga mientras que 106 micras de luz de longitud de onda se utilizaron para transportar los datos De esta manera tuvieron eacutexito en la grabacioacuten de 100 capas con intervalos de 30 micras por capa y de 80 micras entre las capas5

Conclusioacuten

Se presentaron varios sistemas oacutepticos para leer y escribir memorias 3D utilizando materiales fotosensibles El uso de materiales fotocroacutemicos en el sistema de memoria 3D es deseable porque presentan varias ventajas importantes sobre los sistemas oacutepticos actuales incluyendo su capacidad borrable regrabable de alta resolucioacuten y alta sensibilidad Se presentaron varios materiales fotosensibles que tienen propiedades adecuadas como soportes de grabacioacuten de memoria 3DLas teacutecnicas de grabacioacuten 3D se han discutido que se describieron cumplido en lugar de conflicto con otras teacutecnicas para el logro de almacenamiento de memoria de alta densidad tales como multiplexacioacuten de longitud de onda la multiplexacioacuten de polarizacioacuten y el acortamiento de longitud de onda Combinando estos Teacutecnicas de resultados en aumento de la densidad de almacenamiento Utilizando la excitacioacuten twophoton es clave para lograr sistemas de memoria 3D eficaces De este modo los materiales fotosensibles con gran dos fotones coeficientes de absorcioacuten se deben desarrollar La memoria de varias capas que define los sistemas de memoria 3D es soacutelo una extensioacuten de memorias oacutepticas convencionales en la direccioacuten z por lo que la digitalizacioacuten el seguimiento y las teacutecnicas de auto-enfoque utilizado en los sistemas de memoria convencionales pueden ser adaptador para trabajar con sistemas 3D asiacute

thermochromicity incluso a 200 deg C y sus formas de colores anillos cerrados son estables durante maacutes de 3 meses a 80 deg C Ademaacutes el ciclo de reaccioacuten de ciclacioacuten apertura de anillo se puede repetir maacutes de 104 veces sin peacuterdida de rendimiento fotocroacutemico Por lo tanto los derivados diarileteno de este tipo actualmente son los fotocroacutemico maacutes prometedor 12-bis (2 45-trimetil-3-tienil) eteno (B1536) se utilizoacute como un medio de memoria oacuteptico fotocroacutemico [24]B1536 no excitado existe como un isoacutemero de color amarillo que se convierte en un isoacutemero rojo tras la irradiacioacuten con luz 380 nm Los datos escritos de esta manera se pueden borrar irradiando el medio con 543 nm de luz

Este material fotocroacutemico (B1536) no exhibioacute ninguna fatiga aparente incluso despueacutes de 100 escritura borrado ciclos Por otra parte los datos escritos (por ejemplo los isoacutemeros rojo) se mantuvieron estables a 80 deg C durante maacutes de 3 meses y no se produjo el back-reaccioacuten teacutermica (del isoacutemero rojo al isoacutemero amarillo) incluso a 200 deg C Se utilizoacute un proceso de dos fotones que se centroacute en un punto en el medio de espesor para registrar los datos A 760 nm laacuteser de Ti zafiro opere en modo de laacuteser pulsado de modo bloqueado se empleoacute como fuente de luz de grabacioacuten Dado que la probabilidad de que se produzca la absorcioacuten de dos fotones es proporcional a la intensidad al cuadrado de la luz incidente fotoisomerizacioacuten solamente se induce en el punto focal donde la intensidad es muy alta [2025]Esta teacutecnica es atractivo para grabar datos en un medio que puede borrarse ya que permite que la informacioacuten se escribiraacute en una capa determinada sin borrar los datos ya escritos en capas vecinas La Figura 10 muestra imaacutegenes de lectura de los bits escritos en 26 capas consecutivas Los intervalos de bits y la capa eran 2 y 5 micras respectivamente Los datos se leen usando un microscopio confocal de reflexioacuten (RCM)

Los derivados de azobenceno

Derivados de azobenceno constituyen una familia de moleacuteculas de tinte que son bien conocidos por sus propiedades fotocroacutemicas Estas propiedades se deben a reversibles photoisomerizations cis-trans que los derivados se someten a [26]Derivados de azobenceno tienen dos isoacutemeros geomeacutetricos una forma trans y una forma cis (Figura 5)

La reaccioacuten de isomerizacioacuten que interconvierte estos dos isoacutemeros pueden ser iluminacioacuten o el calor inducido La forma trans generalmente es maacutes estable que la forma cis por tanto la isomerizacioacuten teacutermica ocurre generalmente a partir de los cis a la forma trans Sin embargo la luz induce transformaciones en ambas direcciones

Otro medio de grabacioacuten fue desarrollado por revestimiento alternativamente peliacuteculas fotosensibles (opolymer urethaneurea) y las peliacuteculas no fotosensibles (poli (alcohol viniacutelico) PVA) sobre un sustrato de vidrioFig 11 muestra la estructura del medio de grabacioacuten de muacuteltiples capas

41 solo fotoacuten y dos fotones de grabacioacuten

Grabacioacuten de un solo fotoacuten

Aunque la excitacioacuten de dos fotones es el meacutetodo maacutes deseable para la grabacioacuten de datos-bit en memorias oacutepticas 3D la grabacioacuten de un solo fotoacuten tambieacuten es un meacutetodo aceptable ya que da una buena separacioacuten entre los planos grabados Fig 9 datos

muestran registraron utilizando un proceso de un solo fotoacuten Un sistema tiacutepico para la grabacioacuten de fotoacuten uacutenico se muestra en la Fig 8 Un laacuteser de He-Cd de 4416 nm de longitud de onda se utiliza para grabar en el medio spirobezopyran y un laacuteser de Ar + de 488 nm se utilizoacute para grabar en el medio copoliacutemero de uretano-urea Diafoniacutea entre las capas fue insignificante en los casos ambos

Desde la grabacioacuten de un solo fotoacuten no requiere laacuteseres ultracortos-pulso se pueden utilizar laacuteseres semiconductores convencionales Por lo tanto los sistemas oacutepticos utilizados para la grabacioacuten en CD y dispositivos MO pueden aplicarse faacutecilmente a la grabacioacuten de memoria oacuteptica 3D

Single-Beam grabacioacuten de dos fotones

Una de las razones de la excitacioacuten de dos fotones es preferible para la grabacioacuten en sistemas de memoria oacuteptica 3D es porque la diafoniacutea entre dos capas adyacentes se reduce mucho con este meacutetodo Otra ventaja de la excitacioacuten teacutermica de dos fotones es que reduce la dispersioacuten muacuteltiple Esta reduccioacuten se produce porque el haz de iluminacioacuten que se utiliza tiene una longitud de onda infrarroja Un sistema de grabacioacuten oacuteptica tiacutepico para un solo haz la grabacioacuten de dos fotones es similar al sistema de grabacioacuten de un fotoacuten se muestra en la Fig 8 excepto que utiliza una fuente de luz diferente En el sistema mostrado en la Fig 8 A Ti zafiro laacuteser se utilizoacute como fuente de luz porque este laacuteser puede proporcionar la luz de potencia maacutexima alta que la naturaleza cooperativa de la excitacioacuten de dos fotones requiere para producir excitacioacuten eficiente Otros sistemas han sido desarrollados utilizando un Ti modo bloqueado zafiro laacuteser [242527] un laacuteser de colorante modo bloqueado y YAG laacuteser de modo bloqueado [2628] Luz de onda continua tambieacuten se ha investigado como un medio de producir el proceso de dos fotones [2930] Se requiere una lente de alta numeacuterico-apertura para lograr la separacioacuten de las capas ya que esto permite concentrarse en un punto bien confirmada en un punto en un medio de grosor La desventaja de los laacuteseres de impulsos ultracortos-es que aumentan el coste del dispositivo de grabacioacuten y hacen que sea difiacutecil para producir un sistema compacto

Recientemente un laacuteser compacto ultracorta pulso en el que se utilizoacute una fibra Erdoped como el resonador se desarrolloacute Laacuteseres semiconductores operados en modo de bloqueo tambieacuten estaacuten bajo investigacioacuten Por lo tanto el costo y el tamantildeo de los laacuteseres de impulsos ultracortos-disminuiraacuten pronto

En aacutengulo recto de dos haces dos PhotonRecording

Rentzepis et al Ha demostrado un dispositivo de memoria 3D que utiliza dos vigas en aacutengulo recto para acceder a un punto en un medio volumeacutetrica como se muestra en la Fig 6 [20]Este sistema demostroacute claramente que el almacenamiento de memoria 3D orientado a bits se puede lograr de esta manera Sus desventajas son que los dos haces son difiacuteciles de alinear de tal manera que se cortan en el mismo punto y que la distancia de trabajo de las lentes del objetivo son limitadas Mayor densidad de almacenamiento se logroacute utilizando lentes objetivos altos NA Sin embargo las pequentildeas distancias de trabajo de las lentes aun difiacutecil lograr la configuracioacuten de aacutengulo recto es necesario

Para resolver estos problemas Rentzepis et al [21] Propuso utilizar una viga como un haz de abordar avioacuten La luz SHG de un laacuteser YAG se utiliza para hacer frente a la viga mientras que 106 micras de luz de longitud de onda se utilizaron para transportar los datos De esta manera tuvieron eacutexito en la grabacioacuten de 100 capas con intervalos de 30 micras por capa y de 80 micras entre las capas5

Conclusioacuten

Se presentaron varios sistemas oacutepticos para leer y escribir memorias 3D utilizando materiales fotosensibles El uso de materiales fotocroacutemicos en el sistema de memoria 3D es deseable porque presentan varias ventajas importantes sobre los sistemas oacutepticos actuales incluyendo su capacidad borrable regrabable de alta resolucioacuten y alta sensibilidad Se presentaron varios materiales fotosensibles que tienen propiedades adecuadas como soportes de grabacioacuten de memoria 3DLas teacutecnicas de grabacioacuten 3D se han discutido que se describieron cumplido en lugar de conflicto con otras teacutecnicas para el logro de almacenamiento de memoria de alta densidad tales como multiplexacioacuten de longitud de onda la multiplexacioacuten de polarizacioacuten y el acortamiento de longitud de onda Combinando estos Teacutecnicas de resultados en aumento de la densidad de almacenamiento Utilizando la excitacioacuten twophoton es clave para lograr sistemas de memoria 3D eficaces De este modo los materiales fotosensibles con gran dos fotones coeficientes de absorcioacuten se deben desarrollar La memoria de varias capas que define los sistemas de memoria 3D es soacutelo una extensioacuten de memorias oacutepticas convencionales en la direccioacuten z por lo que la digitalizacioacuten el seguimiento y las teacutecnicas de auto-enfoque utilizado en los sistemas de memoria convencionales pueden ser adaptador para trabajar con sistemas 3D asiacute

muestran registraron utilizando un proceso de un solo fotoacuten Un sistema tiacutepico para la grabacioacuten de fotoacuten uacutenico se muestra en la Fig 8 Un laacuteser de He-Cd de 4416 nm de longitud de onda se utiliza para grabar en el medio spirobezopyran y un laacuteser de Ar + de 488 nm se utilizoacute para grabar en el medio copoliacutemero de uretano-urea Diafoniacutea entre las capas fue insignificante en los casos ambos

Desde la grabacioacuten de un solo fotoacuten no requiere laacuteseres ultracortos-pulso se pueden utilizar laacuteseres semiconductores convencionales Por lo tanto los sistemas oacutepticos utilizados para la grabacioacuten en CD y dispositivos MO pueden aplicarse faacutecilmente a la grabacioacuten de memoria oacuteptica 3D

Single-Beam grabacioacuten de dos fotones

Una de las razones de la excitacioacuten de dos fotones es preferible para la grabacioacuten en sistemas de memoria oacuteptica 3D es porque la diafoniacutea entre dos capas adyacentes se reduce mucho con este meacutetodo Otra ventaja de la excitacioacuten teacutermica de dos fotones es que reduce la dispersioacuten muacuteltiple Esta reduccioacuten se produce porque el haz de iluminacioacuten que se utiliza tiene una longitud de onda infrarroja Un sistema de grabacioacuten oacuteptica tiacutepico para un solo haz la grabacioacuten de dos fotones es similar al sistema de grabacioacuten de un fotoacuten se muestra en la Fig 8 excepto que utiliza una fuente de luz diferente En el sistema mostrado en la Fig 8 A Ti zafiro laacuteser se utilizoacute como fuente de luz porque este laacuteser puede proporcionar la luz de potencia maacutexima alta que la naturaleza cooperativa de la excitacioacuten de dos fotones requiere para producir excitacioacuten eficiente Otros sistemas han sido desarrollados utilizando un Ti modo bloqueado zafiro laacuteser [242527] un laacuteser de colorante modo bloqueado y YAG laacuteser de modo bloqueado [2628] Luz de onda continua tambieacuten se ha investigado como un medio de producir el proceso de dos fotones [2930] Se requiere una lente de alta numeacuterico-apertura para lograr la separacioacuten de las capas ya que esto permite concentrarse en un punto bien confirmada en un punto en un medio de grosor La desventaja de los laacuteseres de impulsos ultracortos-es que aumentan el coste del dispositivo de grabacioacuten y hacen que sea difiacutecil para producir un sistema compacto

Recientemente un laacuteser compacto ultracorta pulso en el que se utilizoacute una fibra Erdoped como el resonador se desarrolloacute Laacuteseres semiconductores operados en modo de bloqueo tambieacuten estaacuten bajo investigacioacuten Por lo tanto el costo y el tamantildeo de los laacuteseres de impulsos ultracortos-disminuiraacuten pronto

En aacutengulo recto de dos haces dos PhotonRecording

Rentzepis et al Ha demostrado un dispositivo de memoria 3D que utiliza dos vigas en aacutengulo recto para acceder a un punto en un medio volumeacutetrica como se muestra en la Fig 6 [20]Este sistema demostroacute claramente que el almacenamiento de memoria 3D orientado a bits se puede lograr de esta manera Sus desventajas son que los dos haces son difiacuteciles de alinear de tal manera que se cortan en el mismo punto y que la distancia de trabajo de las lentes del objetivo son limitadas Mayor densidad de almacenamiento se logroacute utilizando lentes objetivos altos NA Sin embargo las pequentildeas distancias de trabajo de las lentes aun difiacutecil lograr la configuracioacuten de aacutengulo recto es necesario

Para resolver estos problemas Rentzepis et al [21] Propuso utilizar una viga como un haz de abordar avioacuten La luz SHG de un laacuteser YAG se utiliza para hacer frente a la viga mientras que 106 micras de luz de longitud de onda se utilizaron para transportar los datos De esta manera tuvieron eacutexito en la grabacioacuten de 100 capas con intervalos de 30 micras por capa y de 80 micras entre las capas5

Conclusioacuten

Se presentaron varios sistemas oacutepticos para leer y escribir memorias 3D utilizando materiales fotosensibles El uso de materiales fotocroacutemicos en el sistema de memoria 3D es deseable porque presentan varias ventajas importantes sobre los sistemas oacutepticos actuales incluyendo su capacidad borrable regrabable de alta resolucioacuten y alta sensibilidad Se presentaron varios materiales fotosensibles que tienen propiedades adecuadas como soportes de grabacioacuten de memoria 3DLas teacutecnicas de grabacioacuten 3D se han discutido que se describieron cumplido en lugar de conflicto con otras teacutecnicas para el logro de almacenamiento de memoria de alta densidad tales como multiplexacioacuten de longitud de onda la multiplexacioacuten de polarizacioacuten y el acortamiento de longitud de onda Combinando estos Teacutecnicas de resultados en aumento de la densidad de almacenamiento Utilizando la excitacioacuten twophoton es clave para lograr sistemas de memoria 3D eficaces De este modo los materiales fotosensibles con gran dos fotones coeficientes de absorcioacuten se deben desarrollar La memoria de varias capas que define los sistemas de memoria 3D es soacutelo una extensioacuten de memorias oacutepticas convencionales en la direccioacuten z por lo que la digitalizacioacuten el seguimiento y las teacutecnicas de auto-enfoque utilizado en los sistemas de memoria convencionales pueden ser adaptador para trabajar con sistemas 3D asiacute

Para resolver estos problemas Rentzepis et al [21] Propuso utilizar una viga como un haz de abordar avioacuten La luz SHG de un laacuteser YAG se utiliza para hacer frente a la viga mientras que 106 micras de luz de longitud de onda se utilizaron para transportar los datos De esta manera tuvieron eacutexito en la grabacioacuten de 100 capas con intervalos de 30 micras por capa y de 80 micras entre las capas5

Conclusioacuten

Se presentaron varios sistemas oacutepticos para leer y escribir memorias 3D utilizando materiales fotosensibles El uso de materiales fotocroacutemicos en el sistema de memoria 3D es deseable porque presentan varias ventajas importantes sobre los sistemas oacutepticos actuales incluyendo su capacidad borrable regrabable de alta resolucioacuten y alta sensibilidad Se presentaron varios materiales fotosensibles que tienen propiedades adecuadas como soportes de grabacioacuten de memoria 3DLas teacutecnicas de grabacioacuten 3D se han discutido que se describieron cumplido en lugar de conflicto con otras teacutecnicas para el logro de almacenamiento de memoria de alta densidad tales como multiplexacioacuten de longitud de onda la multiplexacioacuten de polarizacioacuten y el acortamiento de longitud de onda Combinando estos Teacutecnicas de resultados en aumento de la densidad de almacenamiento Utilizando la excitacioacuten twophoton es clave para lograr sistemas de memoria 3D eficaces De este modo los materiales fotosensibles con gran dos fotones coeficientes de absorcioacuten se deben desarrollar La memoria de varias capas que define los sistemas de memoria 3D es soacutelo una extensioacuten de memorias oacutepticas convencionales en la direccioacuten z por lo que la digitalizacioacuten el seguimiento y las teacutecnicas de auto-enfoque utilizado en los sistemas de memoria convencionales pueden ser adaptador para trabajar con sistemas 3D asiacute