Šangajski institut za optiku i precizne strojeve (SIPM) napravio je proboj u istraživanju 3D optičke pohrane ultra-velikog kapaciteta i super-razlučivosti

Nedavno je Šangajski institut za optičke precizne strojeve (SIPM) Kineske akademije znanosti (CAS), u suradnji sa Šangajskim institutom za tehnologiju (SIT) i drugim istraživačkim institucijama, napravio iskorak u super-razlučivosti ultra-velikog kapaciteta istraživanje trodimenzionalne optičke pohrane. Istraživački tim upotrijebio je prvu međunarodnu tehnologiju optičke pohrane super-razlučivosti luminiscencije inducirane agregacijom regulirane s dvostrukim snopom, prvi put u pisanju i očitavanju informacija eksperimentalnog proboja u granici difrakcije granice, realizaciji veličine točke od 54 nm, 70 nm razmaka super-razlučivosti pohrane podataka, i završio 100-slojni višeslojni zapis, ekvivalentan kapacitet jednog diska do razine Pb, kineski proboj u polju informacija pohranjivanje ključnih temeljnih tehnologija i postizanje održivog razvoja digitalnog gospodarstva, istraživački tim napredovao je u istraživanju trodimenzionalne optičke pohrane ultra-velikog kapaciteta ultra-razlučivosti. Za Kinu je od velike važnosti probiti ključnu temeljnu tehnologiju u području pohrane informacija i ostvariti održivi razvoj digitalnog gospodarstva. Rezultati istraživanja objavljeni su 22. veljače 2024. u časopisu Nature. Prvi autor rada je dr. Hao Ruan sa Shanghai Institute of Optical Machinery (SIOM), a odgovarajući autori su akademik Min Gu, direktor Instituta za istraživanje fotonskih čipova Shanghai Institute of Technology (SIT), i prof. Jing Wen Šangajskog instituta za tehnologiju (SIT). Dr. Zhao Miao, postdoktorand SIPM-a, i prof. Wen Jing sa Šangajskog instituta za tehnologiju (SIT) zajednički su prvi autori rada.
Tehnologija optičke pohrane ima jedinstvenu prednost jer je zelena, štedi energiju, sigurna je i pouzdana, sa životnim vijekom od 50-100 godina, što je vrlo prikladno za dugoročno jeftino pohranjivanje ogromnih podataka. Međutim, zbog ograničenja granice difrakcije, maksimalni kapacitet tradicionalnih komercijalnih optičkih diskova je samo reda veličine sto gigabajta (GB). U eri velikih podataka s sve većom količinom informacija, probijanje granice difrakcije, smanjenje veličine informacijske točke i povećanje kapaciteta pohrane jednog diska dugo je bila neprestana potraga za područjem optičke pohrane.
Godine 1994. njemački znanstvenik prof. Stefan W. Hell predložio je tehnologiju mikroskopije uzbuđenog gubitka zračenja, koja je po prvi put dokazala da se granica optičke difrakcije može probiti, i osvojila Nobelovu nagradu za kemiju 2014. Nakon više od 20 godina Razvojem, rezultati optičke super-rezolucije ostvareni su u brojnim poljima kao što su mikroslike, lasersko nano-izravno pisanje i tako dalje, a pisanje informacija u super-rezoluciji je riješeno. Međutim, tradicionalne boje su vrlo osjetljive na fluorescenciju u agregiranom stanju, što dovodi do gubitka informacija, a postoji i poteškoća u uništavanju pozadinske buke na nanoskali, što dovodi do poteškoća u očitavanju super-razlučive boje. informacija, a obično se oslanja na očitanje skeniranja elektronskim mikroskopom, što ograničava primjenu tehnologije super-razlučivosti u području optičke pohrane. Stoga, razvoj sinkrone realizacije super-razlučivosti pisanja, super-rezolucije čitanja, trodimenzionalne pohrane i dugotrajnih medija je više od 10 godina u području optičke pohrane istraživačkih problema koje treba riješiti.
U 1980-ima, akademik Šangajskog instituta za optičke strojeve Gan Fuxi bio je pionir u istraživanju kineske tehnologije pohrane digitalnih optičkih diskova, a istraživački tim se bavio područjem optičke pohrane. Oslanjajući se na bogatu istraživačku osnovu i inovativna tehnološka rješenja, temeljena na tehnologiji super-razlučivosti s dva snopa i medijima za pohranu luminiscencije izazvane agregacijom, u pisanju i čitanju informacija probili su granicu difrakcije granice, ostvarenje veličine točke od 54 nm, razmak ceste od 70 nm za pohranu podataka super-razlučivosti i dovršen 100-slojni višeslojni zapis, ekvivalentni kapacitet jednog diska je oko 1,6 Pb. Nakon ubrzanog testiranja starenja medija optičkog diska, životni vijek od više od 40 godina, ubrzano ponovljeno čitanje Više od 40 godina, ubrzano ponovljeno čitanje, fluorescentni kontrast još uvijek je čak 20,5:1. Ovo je prvi put u svijetu da se realizira razina Pb optičke pohrane ultra velikog kapaciteta, visoka ocjena recenzenta: "Ovo je revolucionarna inovacija tehnologije optičke pohrane na razini Pb..." "U usporedbi s drugim postojećim tehnologijama , ova tehnologija pruža najveću gustoću površine optičke pohrane u smislu performansi...""Rezultati istraživanja mogu dovesti do proboja u pohranjivanju arhivskih podataka u podatkovnim centrima, rješavajući izazove tehnologije pohrane velikog kapaciteta i uštede energije...".
Sve od optičke mikroskopije do tehnologije optičke pohrane ograničeno je granicom optičke difrakcije. Među 125 najsuvremenijih znanstvenih problema u svijetu koje je Science objavio 2021., probijanje granice difrakcije još je više u području fizike. Uspješan razvoj ovog optičkog diska super-razlučivosti probija se kroz ovaj problem fizike u pisanju i čitanju informacija, što pomaže Kini da probije ključne temeljne tehnologije u području pohrane, te će igrati važnu ulogu u digitalnom gospodarstvu velikih podataka zadovoljiti glavne potrebe u području informacijske industrije.
U budućnosti će istraživački tim ubrzati izvorne inovacije i ključna tehnološka istraživanja, promicati integraciju i industrijalizaciju optičke pohrane ultra velikog kapaciteta i proširiti njegovu unakrsnu primjenu u području optičke mikro slike, optičkog zaslona, ​​optičkog obrada informacija, kako bi se proizveli sve više izvrsnih inovativnih rezultata.
Istraživački rad podupiru veliki projekti Šangajske komisije za znanost i tehnologiju i Nacionalni ključni program za istraživanje i razvoj.

Slika 1. Shematski dijagram pripreme optičkog diska kvalitete Pb i načina čitanja/pisanja

Slika 2. Rezultati snimanja informacija u super rezoluciji

Slika 3 100-rezultati oporavka snimanja slojeva i dekodiranja binarnog koda

Slika 4. Fizička fotografija optičkog diska