A Shanghai Optikai és Precíziós Gépek Intézete (SIPM) áttörést jelent a rendkívül nagy kapacitású, szuperfelbontású 3D optikai tárolók kutatásában

A közelmúltban a Kínai Tudományos Akadémia (CAS) Sanghaji Optikai Precíziós Gépek Intézete (SIPM) a Shanghai Technológiai Intézettel (SIT) és más kutatóintézetekkel együttműködve áttörést ért el az ultranagy kapacitású szuperfelbontás terén. háromdimenziós optikai tároló kutatás. A kutatócsoport a nemzetközi elsőként használt kétsugaras szabályozott aggregáció-indukált lumineszcencia szuperfelbontású optikai tárolási technológiát, az információírásban és -kiolvasásban először a kísérleti áttörést a határ diffrakciós határában, a pontméret megvalósításában. 54 nm-es, 70 nm-es térközzel az adattárolás szuperfelbontása, és elkészült egy 100-rétegű többrétegű rekord, egyetlen lemez kapacitásának megfelelő Pb szintig, Kína áttörése az információs területen A kulcsfontosságú alapvető technológiák tárolása és a digitális gazdaság fenntartható fejlődésének elérése érdekében a kutatócsoport előrehaladást ért el az ultranagy kapacitású, ultra-felbontású háromdimenziós optikai tárolók kutatásában. Kína számára rendkívül fontos, hogy áttörje az információtárolás kulcsfontosságú alaptechnológiáját, és megvalósítsa a digitális gazdaság fenntartható fejlődését. A kutatási eredményeket 2024. február 22-én tették közzé a Nature folyóiratban. A cikk első szerzője Dr. Hao Ruan, a Shanghai Optical Machinery Intézet (SIOM) munkatársa, a megfelelő szerzők pedig Min Gu akadémikus, a Shanghai Technológiai Intézet (SIT) Fotonikus Chip Kutatóintézetének igazgatója és Prof. Jing Wen a Shanghai Technológiai Intézet (SIT). Dr. Zhao Miao, a SIPM posztdoktori ösztöndíjasa és Prof. Wen Jing, a Shanghai Institute of Technology (SIT) munkatársai a tanulmány első közös szerzői.
Az optikai tárolási technológia egyedülálló előnye, hogy környezetbarát, energiatakarékos, biztonságos és megbízható, élettartama 50-100 év, ami nagyon alkalmas nagy mennyiségű adat hosszú távú, alacsony költségű tárolására. A diffrakciós határ korlátozása miatt azonban a hagyományos kereskedelmi optikai lemezek maximális kapacitása csak száz gigabájt (GB) nagyságrendbe esik. A növekvő információmennyiséggel járó big data korszakában a diffrakciós határ áttörése, az információs pont méretének csökkentése, egyetlen lemez tárolókapacitásának növelése régóta az optikai tárolás szakadatlan törekvése.
Prof. Stefan W. Hell német tudós 1994-ben javasolta a gerjesztett sugárzásveszteség-mikroszkópos technológiát, amely először bizonyította, hogy az optikai diffrakciós határ áttörhető, és 2014-ben elnyerte a kémiai Nobel-díjat. Több mint 20 év után fejlesztés, optikai szuperfelbontású eredmények valósultak meg számos területen, mint például a mikro-képalkotás, a lézeres nano-direkt írás és így tovább, és megoldódott az információk szuperfelbontású írása. A hagyományos színezékek azonban nagymértékben érzékenyek a fluoreszcencia-kitörésre aggregált állapotban, ami információvesztést okoz, és az is nehézséget jelent, hogy a nanoméretű háttérzaj megsemmisíti őket, ami megnehezíti a szuperfelbontású kiolvasást. információkat, és általában az elektronmikroszkópos letapogatás leolvasására támaszkodik, ami korlátozza a szuperfelbontású technológia alkalmazását az optikai tárolás területén. Ezért a szuper-felbontású írás, a szuperfelbontású olvasás, a háromdimenziós tároló és a hosszú élettartamú adathordozók szinkron megvalósításának fejlesztése több mint 10 év az optikai tárolás kutatási problémáinak megoldására.
Az 1980-as években a sanghaji Optikai Gépek Intézete, Gan Fuxi akadémikus volt a kínai digitális optikai lemezes tárolási technológia kutatásának úttörője, a kutatócsoport az optikai tárolás területén dolgozott. A gazdag kutatási alapokra és innovatív technológiai megoldásokra támaszkodva, a kétsugaras szuperfelbontású technológián és az aggregáció által kiváltott lumineszcens adathordozón, az információírásban és -olvasásban áttörték a határ diffrakciós határát, a pontméret megvalósulását. Az 54 nm-es, az úttávolság 70 nm-es szuperfelbontású adattároló, és elkészült egy 100-rétegű többrétegű rekord, egyetlen lemez egyenértékű kapacitása körülbelül 1,6 Pb. Az optikai lemezes adathordozók elöregedésének gyorsított tesztelése után több mint 40 év, gyorsított ismételt leolvasás Több mint 40 év, a gyorsított ismételt leolvasás fluoreszcencia kontrasztja még mindig 20,5:1. Ez az első alkalom a világon, hogy megvalósítsák az ultranagy kapacitású optikai tárolók Pb-szintjét, a lektor magas értékelése: "Ez áttörést jelentő innováció a Pb-szintű optikai tárolási technológiában..." "Más meglévő technológiákkal összehasonlítva , ez a technológia biztosítja a teljesítmény szempontjából a legnagyobb optikai tárolófelület-sűrűséget...""A kutatási eredmények áttöréshez vezethetnek az adatközponti archív adattárolás terén, megoldva a nagy kapacitás és az energiatakarékosság tárolástechnikai kihívásait...".
Az optikai mikroszkóptól az optikai tárolási technológiáig mindent korlátoz az optikai diffrakciós határ. A Science által 2021-ben közzétett 125 legkorszerűbb tudományos probléma között a diffrakciós határ áttörése még nagyobb a fizika területén. Ennek a szuperfelbontású optikai lemeznek a sikeres fejlesztése áttöri ezt a fizikai problémát mind az információírás, mind az olvasás terén, ami segít Kínának áttörni a kulcsfontosságú alaptechnológiákat a tárolás területén, és jelentős szerepet fog játszani a big data digitális gazdaságban. kielégíti az információs ipar főbb igényeit.
A jövőben a kutatócsoport felgyorsítja az eredeti innovációt és a kulcsfontosságú technológiai kutatásokat, elősegíti az ultranagy kapacitású optikai tárolók integrációját és iparosítását, és kiterjeszti keresztalkalmazását az optikai mikro-képalkotás, az optikai kijelző, az optikai technológia területén. információfeldolgozás, egyre kiválóbb innovatív eredmények elérése érdekében.
A kutatási munkát a Sanghaji Tudományos és Technológiai Bizottság nagyprojektjei és a Nemzeti Kulcsfontosságú K+F Program támogatta.

1. ábra Pb-minőségű optikai lemez előkészítésének és olvasási/írási üzemmódjának sematikus diagramja

2. ábra Szuperfelbontású információrögzítési eredmények

Ábra: 3 100-rétegrögzítés és bináris kód dekódolás helyreállítási eredményei

4. ábra Az optikai lemez fizikai fényképe