Shanghai Institute of Optics And Precision Machinery (SIPM) gør gennembrud i ultra-stor kapacitet super-opløsning 3D optisk lagringsforskning

For nylig har Shanghai Institute of Optical Precision Machinery (SIPM) under det kinesiske videnskabsakademi (CAS) i samarbejde med Shanghai Institute of Technology (SIT) og andre forskningsinstitutioner gjort et gennembrud inden for superopløsning med ultra-stor kapacitet tredimensionel optisk lagringsforskning. Forskerholdet brugte den internationale første dobbeltstråle-regulerede aggregerings-inducerede luminescens super-opløsning optisk lagringsteknologi, første gang i informationsskrivning og udlæsning af det eksperimentelle gennembrud i diffraktionsgrænsen for grænsen, realiseringen af ​​punktstørrelsen på 54 nm, 70 nm afstand af datalagerets superopløsning og fuldførte en 100-lags multi-layer record, den tilsvarende kapacitet af en enkelt disk op til niveauet Pb, Kinas gennembrud på informationsområdet lagring af centrale kerneteknologier, og opnå en bæredygtig udvikling af digital økonomi, har forskerholdet gjort fremskridt i forskningen af ​​ultra-stor kapacitet ultra-opløsning tredimensionel optisk lagring. Det er af stor betydning for Kina at bryde igennem den centrale kerneteknologi inden for informationslagring og realisere den bæredygtige udvikling af den digitale økonomi. Forskningsresultaterne blev offentliggjort den 22. februar 2024 i tidsskriftet Nature. Den første forfatter af papiret er Dr. Hao Ruan fra Shanghai Institute of Optical Machinery (SIOM), og de tilsvarende forfattere er akademiker Min Gu, direktør for Photonic Chip Research Institute ved Shanghai Institute of Technology (SIT), og prof. Jing Wen fra Shanghai Institute of Technology (SIT). Dr. Zhao Miao, en postdoc-stipendiat ved SIPM, og prof. Wen Jing fra Shanghai Institute of Technology (SIT) er de fælles første forfattere af papiret.
Optisk lagringsteknologi har de unikke fordele ved at være grøn, energibesparende, sikker og pålidelig med en levetid på 50-100 år, hvilket er meget velegnet til langsigtet lavprislagring af massive data. Men på grund af begrænsningen af ​​diffraktionsgrænsen er den maksimale kapacitet for traditionelle kommercielle optiske diske kun i størrelsesordenen hundrede gigabyte (GB). I æraen med big data med stigende mængde information, at bryde gennem diffraktionsgrænsen, reducere størrelsen af ​​informationspunktet og øge lagerkapaciteten på en enkelt disk har længe været den utrættelige forfølgelse af området for optisk lagring.
I 1994 foreslog den tyske videnskabsmand prof. Stefan W. Hell den exciterede strålingstabsmikroskopiteknologi, som for første gang beviste, at den optiske diffraktionsgrænse kan brydes, og vandt Nobelprisen i kemi i 2014. Efter mere end 20 år med udvikling, er der opnået optiske superopløsningsresultater på en række områder såsom mikrobilleddannelse, laser nano-direkte skrivning og så videre, og superopløsningsskrivning af information er blevet løst. Traditionelle farvestoffer er dog meget modtagelige for fluorescenssprængninger i den aggregerede tilstand, hvilket resulterer i tab af information, og der er også vanskeligheden ved at blive tilintetgjort af baggrundsstøj på nanoskalaen, hvilket fører til vanskeligheden ved at udlæse det superopløste information og er normalt afhængig af udlæsningen af ​​elektronmikroskopscanning, hvilket begrænser anvendelsen af ​​superopløsningsteknologi inden for optisk lagring. Derfor er udviklingen af ​​synkron realisering af superopløsningsskrivning, superopløsningslæsning, tredimensionel lagring og langtidsholdbare medier mere end 10 år inden for optisk lagringsforskningsproblemer, der skal løses.
I 1980'erne, Shanghai Institute of Optical Machinery Gan Fuxi akademiker var banebrydende for forskningen i Kinas digitale optiske disklagringsteknologi, forskerholdet har pløjet ind i området for optisk lagring. Stoler på det rige forskningsgrundlag og innovative teknologiløsninger, baseret på dual-beam super-opløsningsteknologi og aggregeringsinducerede luminescenslagringsmedier, i informationsskrivning og læsning har brudt gennem diffraktionsgrænsen for grænsen, realiseringen af ​​punktstørrelsen på 54 nm, vejafstanden på 70 nm super-opløsning datalagring, og fuldførte en 100-lags flerlagsoptegnelse, den ækvivalente kapacitet af en enkelt disk er omkring 1,6 Pb. Efter accelereret test af ældningen af ​​de optiske diskmediers levetid på mere end 40 år, accelererede gentagne aflæsninger Mere end 40 år, accelereret gentagen læsning af fluorescenskontrasten er stadig så høj som 20,5:1. Dette er første gang i verden at realisere Pb-niveauet for optisk lagring med ultra-stor kapacitet, anmelderens høje vurdering: "Dette er en banebrydende innovation af Pb-niveau optisk lagringsteknologi..." "Sammenlignet med andre eksisterende teknologier , giver denne teknologi den højeste optiske lagringsoverfladetæthed med hensyn til ydeevne...""Forskningsresultaterne kan føre til et gennembrud inden for datacenterarkiveringsdatalagring, der løser de lagringsteknologiske udfordringer med stor kapacitet og energibesparelse ...".
Alt fra optisk mikroskopi til optisk lagringsteknologi er begrænset af den optiske diffraktionsgrænse. Blandt de 125 mest banebrydende videnskabelige problemer i verden udgivet af Science i 2021, er det endnu højere inden for fysik at bryde diffraktionsgrænsen. Den vellykkede udvikling af denne optiske disk med superopløsning bryder igennem dette fysikproblem inden for både informationsskrivning og læsning, hvilket hjælper Kina med at bryde igennem centrale kerneteknologier inden for lagring og vil spille en stor rolle i den digitale økonomi for big data. opfylde de store behov inden for informationsindustrien.
I fremtiden vil forskerholdet fremskynde den oprindelige innovation og nøgleteknologiforskning, fremme integrationen og industrialiseringen af ​​optisk lagring med ultra-stor kapacitet og udvide dets krydsanvendelse inden for optisk mikro-billeddannelse, optisk skærm, optisk informationsbehandling for at producere flere og flere fremragende innovative resultater.
Forskningsarbejdet er blevet støttet af de store projekter fra Shanghai Science and Technology Commission og National Key R&D Program.

Figur 1 Skematisk diagram af Pb-grade optisk disk forberedelse og læse/skrivetilstand

Figur 2 Resultater til registrering af oplysninger med superopløsning

Figur 3 100-lagoptagelse og gendannelsesresultater for binær kodeafkodning

Figur 4 Fysisk foto af optisk disk