Institut Optik Dan Jentera Kepersisan Shanghai (SIPM) Membuat Terobosan dalam Penyelidikan Penyimpanan Optik 3D Berkapasiti Sangat Besar

Baru-baru ini, Institut Jentera Ketepatan Optik Shanghai (SIPM) Akademi Sains China (CAS), dengan kerjasama Institut Teknologi Shanghai (SIT) dan institusi penyelidikan lain, telah membuat satu kejayaan dalam resolusi super berkapasiti ultra besar. penyelidikan storan optik tiga dimensi. Pasukan penyelidik menggunakan teknologi storan optik resolusi super resolusi tinggi bercahaya dwi-rasuk terkawal pengagregatan terkawal terkawal pertama antarabangsa, kali pertama dalam penulisan maklumat dan pembacaan daripada penemuan percubaan dalam had pembelauan had, realisasi saiz titik sebanyak 54nm, jarak 70nm bagi resolusi super storan data dan melengkapkan 100-rekod berbilang lapisan lapisan, kapasiti setara cakera tunggal sehingga tahap Pb, kejayaan China dalam bidang maklumat penyimpanan teknologi teras utama, dan mencapai pembangunan ekonomi digital yang mampan, pasukan penyelidik telah mencapai kemajuan dalam penyelidikan storan optik tiga dimensi resolusi ultra-besar kapasiti ultra-besar. Adalah sangat penting bagi China untuk menembusi teknologi teras utama dalam bidang penyimpanan maklumat dan merealisasikan pembangunan ekonomi digital yang mampan. Hasil penyelidikan diterbitkan pada 22 Februari 2024 dalam jurnal Nature. Pengarang pertama kertas kerja itu ialah Dr. Hao Ruan dari Institut Jentera Optik Shanghai (SIOM), dan pengarang yang sepadan ialah Ahli Akademik Min Gu, Pengarah Institut Penyelidikan Cip Fotonik Institut Teknologi Shanghai (SIT), dan Prof. Jing Wen daripada Institut Teknologi Shanghai (SIT). Dr. Zhao Miao, felo pascadoktoral SIPM, dan Prof. Wen Jing dari Institut Teknologi Shanghai (SIT) ialah pengarang pertama bersama kertas kerja itu.
Teknologi storan optik mempunyai kelebihan unik iaitu hijau, penjimatan tenaga, selamat dan boleh dipercayai, dengan jangka hayat 50-100 tahun, yang sangat sesuai untuk penyimpanan data besar-besaran kos rendah jangka panjang. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh had had pembelauan, kapasiti maksimum cakera optik komersial tradisional hanya dalam susunan seratus gigabait (GB). Dalam era data besar dengan peningkatan jumlah maklumat, menembusi had pembelauan, mengurangkan saiz titik maklumat, dan meningkatkan kapasiti storan cakera tunggal telah lama menjadi usaha tanpa henti dalam bidang storan optik.
Pada tahun 1994, saintis Jerman Prof. Stefan W. Hell mencadangkan teknologi mikroskop kehilangan sinaran teruja, yang membuktikan buat kali pertama bahawa had pembelauan optik boleh dipecahkan, dan memenangi Hadiah Nobel untuk Kimia pada tahun 2014. Selepas lebih daripada 20 tahun pembangunan, hasil resolusi super optik telah direalisasikan dalam beberapa bidang seperti pengimejan mikro, penulisan langsung nano laser dan sebagainya, dan penulisan maklumat resolusi super telah diselesaikan. Walau bagaimanapun, pewarna tradisional sangat terdedah kepada pecah pendarfluor dalam keadaan terkumpul, mengakibatkan kehilangan maklumat, dan terdapat juga kesukaran untuk dimusnahkan oleh bunyi latar belakang pada skala nano, yang membawa kepada kesukaran membaca penyelesaian super. maklumat, dan biasanya bergantung pada bacaan pengimbasan mikroskop elektron, yang menyekat penggunaan teknologi resolusi super dalam bidang storan optik. Oleh itu, pembangunan realisasi segerak penulisan resolusi super, bacaan resolusi super, storan tiga dimensi dan media jangka hayat yang panjang adalah lebih daripada 10 tahun dalam bidang masalah penyelidikan storan optik untuk diselesaikan.
Pada tahun 1980-an, ahli akademik Shanghai Institut Jentera Optik Gan Fuxi mempelopori penyelidikan teknologi penyimpanan cakera optik digital China, pasukan penyelidik telah membajak ke dalam bidang penyimpanan optik. Bergantung pada asas penyelidikan yang kaya dan penyelesaian teknologi yang inovatif, berdasarkan teknologi resolusi super dwi-rasuk dan media storan luminescence yang disebabkan oleh pengagregatan, dalam penulisan dan pembacaan maklumat telah menembusi had pembelauan had, merealisasikan saiz titik daripada 54 nm, jarak jalan storan data resolusi super 70 nm, dan melengkapkan 100-rekod berbilang lapisan, kapasiti setara bagi cakera tunggal ialah kira-kira 1.6 Pb. Selepas ujian dipercepatkan penuaan hayat media cakera optik lebih daripada 40 tahun, bacaan berulang dipercepatkan Lebih daripada 40 tahun, kontras pendarfluor bacaan ulangan dipercepatkan masih setinggi 20.5:1. Ini adalah kali pertama di dunia merealisasikan tahap Pb bagi storan optik berkapasiti ultra-besar, penilaian tinggi pengulas: "Ini adalah inovasi terobosan teknologi storan optik peringkat Pb..." "Berbanding dengan teknologi sedia ada yang lain. , teknologi ini menyediakan ketumpatan permukaan storan optik tertinggi dari segi prestasi...""Hasil penyelidikan mungkin membawa kepada kejayaan dalam penyimpanan data arkib pusat data, menyelesaikan cabaran teknologi storan kapasiti besar dan penjimatan tenaga ...".
Segala-galanya daripada mikroskop optik kepada teknologi storan optik dihadkan oleh had pembelauan optik. Antara 125 masalah saintifik paling canggih di dunia yang dikeluarkan oleh Sains pada 2021, melanggar had pembelauan adalah lebih tinggi dalam bidang fizik. Kejayaan pembangunan cakera optik resolusi super ini memecahkan masalah fizik ini dalam penulisan dan pembacaan maklumat, yang membantu China menembusi teknologi teras utama dalam bidang storan, dan akan memainkan peranan utama dalam ekonomi digital data besar untuk memenuhi keperluan utama dalam bidang industri maklumat.
Pada masa hadapan, pasukan penyelidik akan mempercepatkan inovasi asal dan penyelidikan teknologi utama, menggalakkan penyepaduan dan perindustrian storan optik berkapasiti ultra besar, dan mengembangkan aplikasi silangnya dalam bidang pengimejan mikro optik, paparan optik, optik pemprosesan maklumat, untuk menghasilkan lebih banyak hasil inovatif yang cemerlang.
Kerja penyelidikan telah disokong oleh projek utama Suruhanjaya Sains dan Teknologi Shanghai dan Program R&D Utama Negara.

Rajah 1 Diagram skematik penyediaan cakera optik gred Pb dan mod baca/tulis

Rajah 2 Keputusan rakaman maklumat resolusi super

Rajah 3 100-hasil pemulihan rakaman lapisan dan penyahkodan kod binari

Rajah 4 Foto fizikal cakera optik