Shanghai optika- ja täppismasinate instituut (SIPM) teeb läbimurde ülisuure võimsusega ülilahutusega 3D-optilise salvestusruumi uurimisel

Hiljuti on Hiina Teaduste Akadeemia (CAS) Shanghai Optiliste Täppismasinate Instituut (SIPM) koostöös Shanghai Tehnoloogiainstituudi (SIT) ja teiste uurimisasutustega teinud läbimurde ülisuure võimsusega ülieraldusvõimega. kolmemõõtmelise optilise salvestuse uurimine. Uurimisrühm kasutas rahvusvahelist esimest kahekiire reguleeritud agregatsiooniga indutseeritud luminestsentsi ülieraldusvõimega optilist salvestustehnoloogiat, esimest korda teabe kirjutamisel ja lugemisel eksperimentaalsest läbimurdest piiri difraktsioonipiiris, punkti suuruse realiseerimisel. 54 nm, 70 nm vahekaugus andmesalvestuse ülieraldusvõimest ning valmis 100-kihiline mitmekihiline kirje, mis on samaväärne ühe ketta mahutavusega kuni Pb tasemeni, mis on Hiina läbimurre teabevaldkonnas põhitehnoloogiate salvestamiseks ja digitaalmajanduse säästva arengu saavutamiseks on uurimisrühm teinud edusamme ülisuure võimsusega ülieraldusvõimega kolmemõõtmelise optilise salvestusruumi uurimisel. Hiina jaoks on väga oluline murda läbi teabe salvestamise valdkonna põhitehnoloogiast ja realiseerida digitaalmajanduse jätkusuutlik areng. Uurimistulemused avaldati 22. veebruaril 2024 ajakirjas Nature. Töö esimene autor on dr Hao Ruan Shanghai Optiliste Masinate Instituudist (SIOM) ning vastavad autorid on akadeemik Min Gu, Shanghai Tehnoloogiainstituudi (SIT) fotooniliste kiipide uurimisinstituudi direktor ja prof Jing Wen. Shanghai Tehnoloogiainstituut (SIT). Doktor Zhao Miao, SIPM-i järeldoktor, ja prof Wen Jing Shanghai Tehnoloogiainstituudist (SIT) on artikli esimesed ühised autorid.
Optilise salvestustehnoloogia ainulaadsed eelised on see, et see on roheline, energiasäästlik, ohutu ja töökindel ning selle eluiga on 50-100 aastat, mis sobib väga hästi suure hulga andmete pikaajaliseks odavaks salvestamiseks. Kuid tänu difraktsioonipiiri piirangule on traditsiooniliste kaubanduslike optiliste ketaste maksimaalne maht vaid suurusjärgus sada gigabaiti (GB). Suurema teabehulgaga suurandmete ajastul on difraktsioonipiiri läbimurdmine, teabepunkti suuruse vähendamine ja ühe ketta salvestusmahu suurendamine olnud pikka aega optilise salvestuse valdkonna lakkamatu püüdlus.
1994. aastal pakkus Saksa teadlane prof Stefan W. Hell välja ergastatud kiirguskadu mikroskoopia tehnoloogia, mis tõestas esimest korda, et optilise difraktsiooni piiri on võimalik ületada, ja võitis 2014. aastal Nobeli keemiaauhinna. Pärast enam kui 20 aastat arenduses on optilise ülieraldusvõimega tulemusi saavutatud paljudes valdkondades, nagu mikropildistamine, laser-nano-otsekirjutamine ja nii edasi, ning teabe ülieraldusvõimega kirjutamine on lahendatud. Traditsioonilised värvained on aga agregeeritud olekus väga vastuvõtlikud fluorestsentspurskele, mille tulemuseks on teabe kadu, samuti on raske neid hävitada nanomõõtmelise taustmüra tõttu, mis muudab ülilahutusega väljalugemise keeruliseks. teavet ja tugineb tavaliselt elektronmikroskoobi skaneerimise näidule, mis piirab ülieraldusvõimega tehnoloogia rakendamist optilise salvestuse valdkonnas. Seetõttu on ülieraldusvõimega kirjutamise, ülieraldusvõimega lugemise, kolmemõõtmelise salvestuse ja pika kasutuseaga kandjate sünkroonse realiseerimise arendamine optilise salvestuse uurimisprobleemide valdkonnas enam kui 10 aastat.
1980. aastatel oli Shanghai optiliste masinate instituudi Gan Fuxi akadeemik Hiina digitaalse optilise ketta salvestustehnoloogia uurimise pioneer, uurimisrühm on tegelenud optilise salvestuse valdkonnaga. Tuginedes rikkalikule uurimisalusele ja uuenduslikele tehnoloogilistele lahendustele, mis põhinevad kahekiire ülieraldusvõimega tehnoloogial ja agregatsioonist põhjustatud luminestsentssalvestusmeediumil, on teabe kirjutamisel ja lugemisel murdunud läbi piiri difraktsioonipiiri, punkti suuruse realiseerimine 54 nm, 70 nm ülieraldusvõimega andmesalvestuse teevahe ja 100-kihiline mitmekihiline rekord on ühe ketta ekvivalentne maht umbes 1,6 Pb. Pärast optilise ketta andmekandja vananemise kiirendatud testimist, mis on pikem kui 40 aastat, kiirendatud korduvad lugemised Üle 40 aasta on kiirendatud korduslugemise fluorestsentsi kontrastsus endiselt sama kõrge kui 20,5:1. See on esimene kord maailmas, kus saavutatakse ülisuure mahutavusega optilise salvestusruumi Pb-tase, hindaja kõrge hinnang: "See on Pb-taseme optilise salvestustehnoloogia läbimurdeline uuendus..." "Võrreldes teiste olemasolevate tehnoloogiatega , pakub see tehnoloogia jõudluse osas suurimat optilise salvestuspinna tihedust...""Uurimistulemused võivad viia läbimurdeni andmekeskuste arhiiviandmete salvestamises, lahendades suure mahutavuse ja energiasäästu salvestustehnoloogia väljakutsed ...".
Kõik alates optilisest mikroskoopiast kuni optilise salvestustehnoloogiani on piiratud optilise difraktsiooni piiriga. Teaduse poolt 2021. aastal avaldatud 125 maailma tipptasemel teadusprobleemi hulgas on difraktsioonipiiri ületamine veelgi suurem füüsika valdkonnas. Selle ülieraldusvõimega optilise ketta edukas arendamine murrab läbi selle füüsikaprobleemi nii teabe kirjutamisel kui ka lugemisel, mis aitab Hiinal läbi murda salvestusvaldkonna põhitehnoloogiatest ja mängib olulist rolli suurandmete digitaalmajanduses. vastama infotööstuse peamistele vajadustele.
Tulevikus kiirendab uurimisrühm esialgset innovatsiooni ja võtmetehnoloogia uuringuid, edendab ülisuure võimsusega optilise salvestusruumi integreerimist ja industrialiseerimist ning laiendab selle ristrakendust optilise mikropildi, optilise kuvari, optilise salvestuse valdkonnas. infotöötlus, et toota üha suurepärasemaid uuenduslikke tulemusi.
Uurimistööd on toetanud Shanghai teadus- ja tehnoloogiakomisjoni suurprojektid ning riiklik teadus- ja arendustegevuse põhiprogramm.

Joonis 1 Pb-klassi optilise ketta ettevalmistamise ja lugemis-/kirjutusrežiimi skemaatiline diagramm

Joonis 2 Ülieraldusvõimega teabe salvestamise tulemused

Joonis 3 100-kihi salvestamise ja kahendkoodi dekodeerimise taastamise tulemused

Joonis 4 Optilise ketta füüsiline foto