Shanghai Institute of Optics and Precision Machinery (SIPM) gjør gjennombrudd innen ultra-stor kapasitet superoppløsnings 3D optisk lagringsforskning

Nylig har Shanghai Institute of Optical Precision Machinery (SIPM) ved det kinesiske vitenskapsakademiet (CAS), i samarbeid med Shanghai Institute of Technology (SIT) og andre forskningsinstitusjoner, gjort et gjennombrudd innen superoppløsning med ultra-stor kapasitet tredimensjonal optisk lagringsforskning. Forskerteamet brukte den internasjonale første dobbeltstråleregulerte aggregeringsinduserte luminescens superoppløsning optisk lagringsteknologi, første gang i informasjonsskriving og lesing av det eksperimentelle gjennombruddet i diffraksjonsgrensen for grensen, realiseringen av punktstørrelsen på 54nm, 70nm avstand av superoppløsningen til datalagringen, og fullførte en 100-lags flerlagspost, tilsvarende kapasitet til en enkelt disk opp til nivået Pb, Kinas gjennombrudd innen informasjonsfeltet lagring av viktige kjerneteknologier, og oppnå bærekraftig utvikling av digital økonomi, har forskerteamet gjort fremskritt i forskningen av ultra-stor kapasitet ultra-oppløsning tredimensjonal optisk lagring. Det er av stor betydning for Kina å bryte gjennom nøkkelkjerneteknologien innen informasjonslagring og realisere bærekraftig utvikling av digital økonomi. Forskningsresultatene ble publisert 22. februar 2024 i tidsskriftet Nature. Den første forfatteren av artikkelen er Dr. Hao Ruan fra Shanghai Institute of Optical Machinery (SIOM), og de tilsvarende forfatterne er akademiker Min Gu, direktør for Photonic Chip Research Institute ved Shanghai Institute of Technology (SIT), og prof. Jing Wen ved Shanghai Institute of Technology (SIT). Dr. Zhao Miao, en postdoktor ved SIPM, og prof. Wen Jing fra Shanghai Institute of Technology (SIT) er de første forfatterne av artikkelen.
Optisk lagringsteknologi har de unike fordelene ved å være grønn, energisparende, trygg og pålitelig, med en levetid på 50-100 år, som er svært egnet for langsiktig lavkostnadslagring av massive data. På grunn av begrensningen av diffraksjonsgrensen er den maksimale kapasiteten til tradisjonelle kommersielle optiske disker imidlertid bare i størrelsesorden hundre gigabyte (GB). I en tid med store data med økende informasjonsmengde, har det å bryte gjennom diffraksjonsgrensen, redusere størrelsen på informasjonspunktet og øke lagringskapasiteten til en enkelt disk lenge vært den utholdende jakten på feltet optisk lagring.
I 1994 foreslo den tyske vitenskapsmannen prof. Stefan W. Hell den eksiterte strålingstapmikroskopiteknologien, som beviste for første gang at grensen for optisk diffraksjon kan brytes, og vant Nobelprisen i kjemi i 2014. Etter mer enn 20 år med utvikling, optiske superoppløsningsresultater har blitt realisert på en rekke felter som mikrobildebehandling, laser nano-direkteskriving og så videre, og superoppløsningsskriving av informasjon er løst. Imidlertid er tradisjonelle fargestoffer svært utsatt for fluorescenssprengning i aggregert tilstand, noe som resulterer i tap av informasjon, og det er også vanskeligheten med å bli tilintetgjort av bakgrunnsstøy på nanoskala, noe som fører til vanskeligheten med å lese ut det superoppløste informasjon, og er vanligvis avhengig av avlesning av elektronmikroskopskanning, noe som begrenser anvendelsen av superoppløsningsteknologi innen optisk lagring. Derfor er utviklingen av synkron realisering av superoppløsningsskriving, superoppløsningslesing, tredimensjonal lagring og media med lang levetid mer enn 10 år innen forskningsproblemer på optisk lagring som skal løses.
På 1980-tallet var Shanghai Institute of Optical Machinery Gan Fuxi akademiker banebrytende i forskningen av Kinas digitale optiske disklagringsteknologi, forskerteamet har pløyet inn i feltet for optisk lagring. Stole på det rike forskningsgrunnlaget og innovative teknologiløsninger, basert på dual-beam super-oppløsningsteknologi og aggregeringsindusert luminescenslagringsmedier, i informasjonsskriving og lesing har brutt gjennom diffraksjonsgrensen for grensen, realiseringen av punktstørrelsen på 54 nm, veiavstanden til 70 nm datalagring med superoppløsning, og fullførte en 100-lags flerlagspost, den ekvivalente kapasiteten til en enkelt disk er omtrent 1,6 Pb. Etter akselerert testing av aldring av den optiske platens medielevetid på mer enn 40 år, akselerert gjentatte avlesninger Mer enn 40 år, er akselerert gjentatt lesing av fluorescenskontrast fortsatt så høy som 20,5:1. Dette er første gang i verden som realiserer Pb-nivået for optisk lagring med ultra-stor kapasitet, anmelderens høye vurdering: "Dette er en banebrytende innovasjon av optisk lagringsteknologi på Pb-nivå..." "Sammenlignet med andre eksisterende teknologier , gir denne teknologien den høyeste optiske lagringsoverflatetettheten når det gjelder ytelse...""Forskningsresultatene kan føre til et gjennombrudd innen datasenterarkiveringsdatalagring, som løser lagringsteknologiutfordringene med stor kapasitet og energisparing ...".
Alt fra optisk mikroskopi til optisk lagringsteknologi er begrenset av den optiske diffraksjonsgrensen. Blant de 125 mest banebrytende vitenskapelige problemene i verden utgitt av Science i 2021, er å bryte diffraksjonsgrensen enda høyere innen fysikk. Den vellykkede utviklingen av denne optiske disken med superoppløsning bryter gjennom dette fysikkproblemet innen både informasjonsskriving og lesing, noe som hjelper Kina til å bryte gjennom nøkkelkjerneteknologier innen lagring, og vil spille en viktig rolle i den digitale økonomien for store data. møte de store behovene innen informasjonsindustrien.
I fremtiden vil forskerteamet akselerere den opprinnelige innovasjons- og nøkkelteknologiforskningen, fremme integrasjon og industrialisering av optisk lagring med ultra-stor kapasitet, og utvide sin kryssapplikasjon innen optisk mikroavbildning, optisk skjerm, optisk informasjonsbehandling, for å produsere flere og flere utmerkede innovative resultater.
Forskningsarbeidet har blitt støttet av de store prosjektene til Shanghai Science and Technology Commission og National Key R&D Program.

Figur 1 Skjematisk diagram av Pb-grade optisk disk forberedelse og lese/skrive-modus

Figur 2 Superoppløsningsinformasjonsregistreringsresultater

Figur 3 100-lagsopptak og gjenopprettingsresultater for binærkodedekoding

Figur 4 Fysisk bilde av optisk disk