[科普中国]-磁全息存储器

全息存储是利用全息照相的技术原理来实现数据记录的。磁全息存储器是指全息存储器结合了磁性数据存储和波基础的信息传输两者的优点，能增强电子设备数据存储和处理能力。磁全息存储器利用的是自旋波而不是光束。自旋波是磁性材料中自旋电子的集体振荡波，它有很多优点，自旋波设备能与传统电子设备兼容，并能用比光学设备更短的波长操作，让电子设备变得更小而存储量更大。

简介个人计算机和互联网的发展使得人们获得的信息渠道越来越多，信息的容量也越来越大。对信息的存储、处理的要求也就变得越来越高。尤其是当前大型图象数据库(例如卫星通讯、地形勘测、医学图像处理)和数字视频信息(如供娱乐用的各种视盘)等在商业和军事上的广泛应用，要求存储设备应该同时具有容量大、数据传输率高、数据寻址时间短等三方面的特点。磁全息存储器是指全息存储器利用磁结构和光波的相关技术，来提高存储密度。

全息存储全息存储是利用光的干涉，在记录材料上以全息的形式记录信息，并在特定条件下以衍射形式恢复所存储的信息的一种超高密度存储技术。全息即物体的全部信息，包括物光波的强度分布和位相分布。全息记录原理与全息照相原理相同，但具体方法却有点差异。一是数据不是放在底片上，而是放在具有光折射特性的材料里，一块像小糖块大小的介质上含有上千个页(页相当于一张底片)，每一页可包含几百万比特信息；二是使用物光的方式不一样。全息存储在写入操作中，激光器输出的一束激光被分成2束，其中一束被扩束后作为参考光投射到记录介质上。另一束激光被扩束后经过被记录物体表面的漫反射作为物光也投射到记录介质上。物光用以携带数据，它被扩大到能够完全照射在整个立体光调制器(SLM)上。SLM其实就是一个LCD(液晶显示器)壁板，它以亮的和暗的像素阵列用整页的方式显示所要存储的二进制数据，物光穿过SLM后，有的点亮，有的点暗，也就是携带了该页的数据。然后，同参考光在介质内起作用，把整页的数据都变成干涉条纹图样，整页的数据便通过干涉图样存放在介质中。

读出数据时，只要用参考光照射存储介质，同其内部干涉图样起衍射作用便可还原先写进去的亮的和暗的像素(分别表示1和0)构成的图像，落在CCD(电荷耦合器件)构成的读取阵列上。于是，便可读出整页的数据。全息存储的特点是：

存储密度高、容量大。全息存储容量的上限为1/λ3，理论上全息存储密度可达1 Tb。高存储密度是通过在感光材料的同一区域记录多张全息图得到的。最常用的多重记录方法有多波长、多角度、多相位记录。为了得到更高的存储密度，可以将几种多重记录方法综合使用。例如，可以采用波长-角度相结合进行记录；

数据传输速率高和存取时间短。全息图采用整页存储和读出的方式，一页中的所有信息位都被并行地记录和读出。此外，全息数据库可以用无惯性的光束偏转(例如声光偏转器)或波长选择等手段来寻址，不一定要用磁盘和光盘存储中必需的机电式读写头，因而数据传输速率和存取速率可以很高；

高冗余度。与按位存储的磁盘和光盘不同，全息图以分布式的方式存储信息，每一信息位都存储在全息图的整个表面上或整个体积中，故记录介质局部的缺陷和损伤不会引起信息的丢失；

存储可靠性高。全息存储材料都选用光学性能好、化学性能稳定的银盐晶体、有机高分子聚合物或金属化合物晶体。和全息照相的底片一样，即使存储载体有部分损坏，仍能读出全部数据，只不过清晰度有所降低。全息存储材料记录的信息可保持30年以上；

可进行并行内容寻址。全息存储器能够直接输出数据页或图像的光学重构信息，因此可以并行地进行面向页面的检索和识别，具有快速的内容相关寻址功能。这种独特的性能可以用来构建内容寻址存储器1。

自旋波在量子力学中，自旋（英语：Spin）是粒子所具有的内禀性质，其运算规则类似于经典力学的角动量，并因此产生一个磁场。虽然有时会与经典力学中的自转（例如行星公转时同时进行的自转）相类比，但实际上本质是迥异的。经典概念中的自转，是物体对于其质心的旋转，比如地球每日的自转是顺着一个通过地心的极轴所作的转动。

自旋波是自旋翻转在物质中传播的波。在绝对零度时，铁磁晶体的基态是所有元磁矩 (或自旋)全部平行排列的状态。当温度升高时，部自旋翻转，致使系统的自发磁化强度下降。按照 布洛赫的概念，这些翻转的自旋不是固定在晶体的 某一位置上，而是以波的形式在晶体中传播，形成自旋波。和声波、光波一样，自旋波也具有粒子性，称为磁振子，它服从玻色统计规律。

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李航 - 副教授 - 西南大学