El Instituto de Óptica y Maquinaria de Precisión de Shanghai (SIPM) logra un gran avance en la investigación de almacenamiento óptico 3D de superresolución y capacidad ultragrande

Recientemente, el Instituto de Maquinaria Óptica de Precisión de Shanghai (SIPM) de la Academia China de Ciencias (CAS), en cooperación con el Instituto de Tecnología de Shanghai (SIT) y otras instituciones de investigación, ha logrado un gran avance en la superresolución de capacidad ultragrande. Investigación sobre almacenamiento óptico tridimensional. El equipo de investigación utilizó la primera tecnología internacional de almacenamiento óptico de superresolución de luminiscencia inducida por agregación regulada de doble haz, la primera vez en la escritura y lectura de información del avance experimental en el límite de difracción del límite, la realización del tamaño del punto de 54 nm, 70 nm de espaciado de superresolución del almacenamiento de datos, y completó un registro de múltiples capas 100-, la capacidad equivalente de un solo disco hasta el nivel de Pb, el avance de China en el campo de la información almacenamiento de tecnologías centrales clave y lograr el desarrollo sostenible de la economía digital, el equipo de investigación ha avanzado en la investigación del almacenamiento óptico tridimensional de ultraresolución y capacidad ultragrande. Es de gran importancia para China avanzar en la tecnología central clave en el campo del almacenamiento de información y lograr el desarrollo sostenible de la economía digital. Los resultados de la investigación se publicaron el 22 de febrero de 2024 en la revista Nature. El primer autor del artículo es el Dr. Hao Ruan del Instituto de Maquinaria Óptica de Shanghai (SIOM), y los autores correspondientes son el académico Min Gu, director del Instituto de Investigación de Chips Fotónicos del Instituto de Tecnología de Shanghai (SIT) y el profesor Jing Wen. del Instituto de Tecnología de Shanghai (SIT). El Dr. Zhao Miao, becario postdoctoral de SIPM, y el profesor Wen Jing del Instituto de Tecnología de Shanghai (SIT) son los primeros autores conjuntos del artículo.
La tecnología de almacenamiento óptico tiene las ventajas únicas de ser ecológica, ahorrar energía, segura y confiable, con una vida útil de 50-100 años, lo que es muy adecuada para el almacenamiento de datos masivos a largo plazo y de bajo costo. Sin embargo, debido a la limitación del límite de difracción, la capacidad máxima de los discos ópticos comerciales tradicionales es sólo del orden de cien gigabytes (GB). En la era del big data con una cantidad cada vez mayor de información, romper el límite de difracción, reducir el tamaño del punto de información y aumentar la capacidad de almacenamiento de un solo disco ha sido durante mucho tiempo la búsqueda incansable del campo del almacenamiento óptico.
En 1994, el científico alemán Prof. Stefan W. Hell propuso la tecnología de microscopía de pérdida de radiación excitada, que demostró por primera vez que se puede superar el límite de difracción óptica, y ganó el Premio Nobel de Química en 2014. Después de más de 20 años de Durante el desarrollo, se han obtenido resultados de superresolución óptica en varios campos, como la microimagen, la escritura nanodirecta con láser, etc., y se ha resuelto la escritura de información en superresolución. Sin embargo, los tintes tradicionales son muy susceptibles a la explosión de fluorescencia en el estado agregado, lo que resulta en la pérdida de información, y también existe la dificultad de ser aniquilados por el ruido de fondo a escala nanométrica, lo que conduce a la dificultad de leer la resolución superresuelta. información y, por lo general, se basa en la lectura del escaneo mediante microscopio electrónico, lo que restringe la aplicación de la tecnología de superresolución en el campo del almacenamiento óptico. Por lo tanto, el desarrollo de la realización sincrónica de escritura de superresolución, lectura de superresolución, almacenamiento tridimensional y medios de larga duración lleva más de 10 años en el campo de los problemas de investigación de almacenamiento óptico por resolver.
En la década de 1980, el académico Gan Fuxi del Instituto de Maquinaria Óptica de Shanghai fue pionero en la investigación de la tecnología de almacenamiento en disco óptico digital de China, y el equipo de investigación ha estado incursionando en el campo del almacenamiento óptico. Confiando en una rica base de investigación y soluciones tecnológicas innovadoras, basadas en tecnología de superresolución de doble haz y medios de almacenamiento de luminiscencia inducida por agregación, en la escritura y lectura de información se ha superado el límite de difracción del límite, la realización del tamaño del punto. de 54 nm, el espacio entre carreteras del almacenamiento de datos de superresolución de 70 nm y un registro multicapa 100- de capas completas, la capacidad equivalente de un solo disco es de aproximadamente 1,6 Pb. Después de pruebas aceleradas del envejecimiento del disco óptico con una vida útil de más de 40 años, lecturas repetidas aceleradas de más de 40 años, el contraste de fluorescencia de lectura repetida acelerada sigue siendo tan alto como 20,5:1. Esta es la primera vez en el mundo que se alcanza el nivel de Pb de almacenamiento óptico de gran capacidad, la alta evaluación del crítico: "Esta es una innovación revolucionaria en la tecnología de almacenamiento óptico de nivel Pb ..." "En comparación con otras tecnologías existentes , esta tecnología proporciona la mayor densidad de superficie de almacenamiento óptico en términos de rendimiento..." "Los resultados de la investigación pueden conducir a un gran avance en el almacenamiento de datos de archivo de centros de datos, resolviendo los desafíos de la tecnología de almacenamiento de gran capacidad y ahorro de energía ...".
Todo, desde la microscopía óptica hasta la tecnología de almacenamiento óptico, está limitado por el límite de difracción óptica. Entre los 125 problemas científicos más vanguardistas del mundo publicados por Science en 2021, la superación del límite de difracción es aún mayor en el campo de la física. El desarrollo exitoso de este disco óptico de superresolución supera este problema físico tanto en la escritura como en la lectura de información, lo que ayuda a China a avanzar en tecnologías centrales clave en el campo del almacenamiento y desempeñará un papel importante en la economía digital de big data para satisfacer las principales necesidades en el campo de la industria de la información.
En el futuro, el equipo de investigación acelerará la innovación original y la investigación de tecnologías clave, promoverá la integración e industrialización del almacenamiento óptico de gran capacidad y ampliará su aplicación cruzada en el campo de la microimagen óptica, la visualización óptica y la óptica. procesamiento de información, para producir resultados innovadores cada vez más excelentes.
El trabajo de investigación ha sido apoyado por los principales proyectos de la Comisión de Ciencia y Tecnología de Shanghai y el Programa Nacional Clave de I+D.

Figura 1 Diagrama esquemático de la preparación del disco óptico de grado Pb y el modo de lectura/escritura

Figura 2 Resultados de registro de información de súper resolución

Figura 3 100-resultados de recuperación de grabación de capas y decodificación de código binario

Figura 4 Fotografía física del disco óptico.