Šanhajas Optikas un precīzās tehnikas institūts (SIPM) veic izrāvienu īpaši lielas ietilpības un izcilas izšķirtspējas 3D optiskās atmiņas izpētē

Nesen Ķīnas Zinātņu akadēmijas (CAS) Šanhajas Optisko precizitātes iekārtu institūts (SIPM) sadarbībā ar Šanhajas Tehnoloģiju institūtu (SIT) un citām pētniecības iestādēm ir panācis izrāvienu īpaši lielas ietilpības superizšķirtspējas jomā. trīsdimensiju optiskās uzglabāšanas izpēte. Pētnieku grupa izmantoja pirmo starptautisko divu staru regulēto agregācijas izraisīto luminiscences superizšķirtspējas optiskās glabāšanas tehnoloģiju, pirmo reizi informācijas rakstīšanā un nolasīšanā eksperimentālā izrāviena robežas difrakcijas robežās, punkta izmēra realizācijā. 54 nm, 70 nm atstatums starp datu uzglabāšanas superizšķirtspēju un pabeigts 100-slāņa daudzslāņu ieraksts, kas līdzvērtīgs viena diska ietilpībai līdz Pb līmenim, Ķīnas izrāviens informācijas jomā galveno pamattehnoloģiju glabāšanai un digitālās ekonomikas ilgtspējīgas attīstības sasniegšanai, pētnieku grupa ir guvusi panākumus īpaši lielas ietilpības īpaši izšķirtspējas trīsdimensiju optiskās atmiņas izpētē. Ķīnai ir ļoti svarīgi izlauzties cauri galvenajām galvenajām tehnoloģijām informācijas uzglabāšanas jomā un realizēt digitālās ekonomikas ilgtspējīgu attīstību. Pētījuma rezultāti tika publicēti 2024. gada 22. februārī žurnālā Nature. Pirmais raksta autors ir Dr. Hao Ruans no Šanhajas Optisko iekārtu institūta (SIOM), un attiecīgie autori ir akadēmiķis Min Gu, Šanhajas Tehnoloģiju institūta (SIT) Fotonisko mikroshēmu pētniecības institūta direktors un prof. Jing Wen. Šanhajas Tehnoloģiju institūta (SIT). Dr. Zhao Miao, SIPM pēcdoktorants, un profesors Wen Jing no Šanhajas Tehnoloģiju institūta (SIT) ir kopējie pirmie šī raksta autori.
Optiskajai uzglabāšanas tehnoloģijai ir unikālas priekšrocības, proti, tā ir videi draudzīga, energotaupīga, droša un uzticama, un tās kalpošanas laiks ir 50-100 gadi, kas ir ļoti piemērota liela apjoma datu ilgstošai zemu izmaksu glabāšanai. Taču difrakcijas robežas ierobežojuma dēļ tradicionālo komerciālo optisko disku maksimālā ietilpība ir tikai simts gigabaitu (GB) robežās. Lielo datu laikmetā ar pieaugošu informācijas apjomu, difrakcijas robežas pārkāpšana, informācijas punkta izmēra samazināšana un viena diska uzglabāšanas ietilpības palielināšana jau sen ir bijusi nerimstoša optiskās uzglabāšanas joma.
1994. gadā vācu zinātnieks prof. Stefans V. Hels ierosināja ierosinātā starojuma zuduma mikroskopijas tehnoloģiju, kas pirmo reizi pierādīja, ka optiskās difrakcijas robežu var pārkāpt, un 2014. gadā ieguva Nobela prēmiju ķīmijā. Pēc vairāk nekā 20 gadiem attīstība, optiskās superizšķirtspējas rezultāti ir realizēti vairākās jomās, piemēram, mikroattēlveidošanā, lāzera nanotiešā rakstīšanā un tā tālāk, un ir atrisināta informācijas rakstīšana ar augstu izšķirtspēju. Tomēr tradicionālās krāsvielas ir ļoti jutīgas pret fluorescences uzliesmojumu apkopotā stāvoklī, kā rezultātā tiek zaudēta informācija, un ir arī grūtības tikt iznīcinātas ar fona troksni nanomērogā, kas rada grūtības nolasīt īpaši izšķirtspēju. informāciju un parasti paļaujas uz elektronu mikroskopa skenēšanas nolasījumu, kas ierobežo superizšķirtspējas tehnoloģiju izmantošanu optiskās atmiņas jomā. Tāpēc sinhronās realizācijas superizšķirtspējas rakstīšanas, superizšķirtspējas lasīšanas, trīsdimensiju uzglabāšanas un ilgmūžības datu nesēju attīstība ir vairāk nekā 10 gadi optiskās atmiņas pētniecības problēmu risināšanas jomā.
Astoņdesmitajos gados Šanhajas Optisko iekārtu institūta Gan Fuxi akadēmiķis bija Ķīnas digitālo optisko disku glabāšanas tehnoloģiju izpētes pionieris, pētnieku komanda ir iesaistījusies optiskās atmiņas jomā. Paļaujoties uz bagātīgo pētniecības pamatu un inovatīviem tehnoloģiju risinājumiem, kuru pamatā ir divstaru superizšķirtspējas tehnoloģija un agregācijas izraisītas luminiscences datu nesēji, informācijas rakstīšanā un lasīšanā ir pārkāpta robeža difrakcijas robeža, tiek realizēts punkta izmērs. 54 nm, attālums starp 70 nm augstas izšķirtspējas datu krātuvei un pabeigts 100-slāņa daudzslāņu ieraksts, viena diska ekvivalentā ietilpība ir aptuveni 1,6 Pb. Pēc optiskā diska datu nesēja novecošanas paātrinātas pārbaudes, kas pārsniedz 40 gadus, paātrinātas atkārtotas nolasīšanas, kas pārsniedz 40 gadus, paātrinātas atkārtotas nolasīšanas fluorescences kontrasts joprojām ir 20,5:1. Šī ir pirmā reize pasaulē, kad tiek realizēts īpaši lielas ietilpības optiskās atmiņas Pb līmenis, recenzenta augstais novērtējums: "Šī ir izrāviena Pb līmeņa optiskās atmiņas tehnoloģijas inovācija..." "Salīdzinājumā ar citām esošajām tehnoloģijām , šī tehnoloģija nodrošina augstāko optiskās krātuves virsmas blīvumu veiktspējas ziņā...""Pētījuma rezultāti var novest pie izrāviena datu centru arhīvu datu glabāšanā, risinot lielas ietilpības un enerģijas taupīšanas uzglabāšanas tehnoloģiju izaicinājumus...".
Visu, sākot no optiskās mikroskopijas līdz optiskās uzglabāšanas tehnoloģijai, ierobežo optiskās difrakcijas robeža. Starp 125 visprogresīvākajām zinātnes problēmām pasaulē, ko Science publicēja 2021. gadā, difrakcijas robežas pārkāpšana ir vēl lielāka fizikas jomā. Veiksmīga šī superizšķirtspējas optiskā diska izstrāde pārvar šo fizikas problēmu gan informācijas rakstīšanā, gan lasīšanā, kas palīdz Ķīnai izlauzties cauri galvenajām galvenajām tehnoloģijām uzglabāšanas jomā, un tam būs liela nozīme lielo datu digitālajā ekonomikā. atbilst galvenajām vajadzībām informācijas nozares jomā.
Nākotnē pētnieku komanda paātrinās oriģinālo inovāciju un galveno tehnoloģiju izpēti, veicinās īpaši lielas ietilpības optiskās atmiņas integrāciju un industrializāciju un paplašinās tās savstarpējo pielietojumu optiskās mikroattēlveidošanas, optiskā displeja, optiskās atmiņas jomā. informācijas apstrādi, lai radītu arvien izcilākus inovatīvus rezultātus.
Pētniecisko darbu atbalstīja Šanhajas Zinātnes un tehnoloģiju komisijas lielie projekti un Nacionālā galvenā pētniecības un attīstības programma.

1. attēls Pb klases optiskā diska sagatavošanas un lasīšanas/rakstīšanas režīma shematiskā diagramma

2. attēls Augstas izšķirtspējas informācijas ierakstīšanas rezultāti

Attēls 3 100-slāņa ierakstīšanas un binārā koda dekodēšanas atkopšanas rezultāti

4. attēls Optiskā diska fiziskais fotoattēls