Lo Shanghai Institute of Optics and Precision Machinery (SIPM) compie un passo avanti nella ricerca sull'archiviazione ottica 3D ad altissima capacità e super risoluzione

Recentemente, lo Shanghai Institute of Optical Precision Machinery (SIPM) dell'Accademia cinese delle scienze (CAS), in collaborazione con lo Shanghai Institute of Technology (SIT) e altri istituti di ricerca, ha fatto un passo avanti nella super-risoluzione di capacità ultra-grande ricerca sulla memorizzazione ottica tridimensionale. Il gruppo di ricerca ha utilizzato la prima tecnologia internazionale di memorizzazione ottica a super-risoluzione della luminescenza indotta da aggregazione regolata a doppio raggio, la prima volta nella scrittura e lettura delle informazioni della svolta sperimentale nel limite di diffrazione del limite, la realizzazione della dimensione del punto di 54 nm, spaziatura di 70 nm della super-risoluzione dell'archiviazione dei dati e completato un 100-record multistrato, la capacità equivalente di un singolo disco fino al livello di Pb, la svolta della Cina nel campo dell'informazione archiviazione delle principali tecnologie di base e raggiungimento dello sviluppo sostenibile dell'economia digitale, il gruppo di ricerca ha compiuto progressi nella ricerca di archiviazione ottica tridimensionale ad ultra-grande capacità e ultra-risoluzione. È di grande importanza per la Cina sfondare la tecnologia chiave nel campo dell’archiviazione delle informazioni e realizzare lo sviluppo sostenibile dell’economia digitale. I risultati della ricerca sono stati pubblicati il ​​22 febbraio 2024 sulla rivista Nature. Il primo autore dell'articolo è il Dr. Hao Ruan dello Shanghai Institute of Optical Machinery (SIOM), e gli autori corrispondenti sono l'accademico Min Gu, direttore del Photonic Chip Research Institute dello Shanghai Institute of Technology (SIT), e il Prof. Jing Wen dell’Istituto di Tecnologia di Shanghai (SIT). Il dottor Zhao Miao, ricercatore post-dottorato del SIPM, e il prof. Wen Jing dello Shanghai Institute of Technology (SIT) sono i primi autori congiunti dell'articolo.
La tecnologia di archiviazione ottica presenta i vantaggi unici di essere ecologica, a risparmio energetico, sicura e affidabile, con una durata di 50-100 anni, che è molto adatta per l'archiviazione a lungo termine a basso costo di enormi quantità di dati. Tuttavia, a causa della limitazione del limite di diffrazione, la capacità massima dei tradizionali dischi ottici commerciali è solo dell'ordine di cento gigabyte (GB). Nell'era dei Big Data con una quantità crescente di informazioni, il superamento del limite di diffrazione, la riduzione delle dimensioni del punto informativo e l'aumento della capacità di archiviazione di un singolo disco sono da tempo una ricerca incessante nel campo della memorizzazione ottica.
Nel 1994 lo scienziato tedesco Prof. Stefan W. Hell ha proposto la tecnologia della microscopia a perdita di radiazione eccitata, che ha dimostrato per la prima volta che il limite di diffrazione ottica può essere superato, e ha vinto il Premio Nobel per la chimica nel 2014. Dopo oltre 20 anni di esperienza sviluppo, sono stati ottenuti risultati di super-risoluzione ottica in una serie di campi come il micro-imaging, la scrittura nano-diretta laser e così via, ed è stata risolta la scrittura delle informazioni a super-risoluzione. Tuttavia, i coloranti tradizionali sono altamente suscettibili all'esplosione di fluorescenza nello stato aggregato, con conseguente perdita di informazioni, e c'è anche la difficoltà di essere annientati dal rumore di fondo su scala nanometrica, che porta alla difficoltà di leggere i coloranti super-risolti informazioni e di solito si basa sulla lettura della scansione al microscopio elettronico, che limita l'applicazione della tecnologia a super risoluzione nel campo della memorizzazione ottica. Pertanto, lo sviluppo della realizzazione sincrona della scrittura a super risoluzione, della lettura a super risoluzione, dell'archiviazione tridimensionale e dei supporti di lunga durata richiede più di 10 anni nel campo dei problemi di ricerca sull'archiviazione ottica da risolvere.
Negli anni '80, l'accademico Gan Fuxi dell'Istituto di macchine ottiche di Shanghai ha aperto la strada alla ricerca sulla tecnologia cinese di archiviazione su disco ottico digitale, il gruppo di ricerca si è concentrato nel campo dell'archiviazione ottica. Basandosi su una ricca base di ricerca e soluzioni tecnologiche innovative, basate sulla tecnologia a super risoluzione a doppio raggio e su supporti di memorizzazione della luminescenza indotti dall'aggregazione, nella scrittura e nella lettura delle informazioni hanno superato il limite di diffrazione del limite, la realizzazione della dimensione del punto di 54 nm, la spaziatura stradale di 70 nm di archiviazione dati ad alta risoluzione e una registrazione multistrato a 100-strato completata, la capacità equivalente di un singolo disco è di circa 1,6 Pb. Dopo test accelerati sull'invecchiamento della durata del supporto del disco ottico di oltre 40 anni, letture ripetute accelerate superiori a 40 anni, il contrasto di fluorescenza della lettura ripetuta accelerata è ancora pari a 20,5:1. Questa è la prima volta al mondo che viene realizzato il livello Pb di una memoria ottica di capacità ultra-grande, l'alta valutazione del recensore: "Si tratta di un'innovazione rivoluzionaria della tecnologia di memorizzazione ottica a livello Pb..." "Rispetto ad altre tecnologie esistenti , questa tecnologia fornisce la più alta densità di superficie di archiviazione ottica in termini di prestazioni...""I risultati della ricerca potrebbero portare a una svolta nell'archiviazione dei dati di archivio nei data center, risolvendo le sfide della tecnologia di archiviazione di grande capacità e risparmio energetico...".
Tutto, dalla microscopia ottica alla tecnologia di archiviazione ottica, è limitato dal limite di diffrazione ottica. Tra i 125 problemi scientifici più all’avanguardia al mondo pubblicati da Science nel 2021, superare il limite di diffrazione è ancora più alto nel campo della fisica. Lo sviluppo di successo di questo disco ottico a super risoluzione risolve questo problema fisico sia nella scrittura che nella lettura delle informazioni, aiutando la Cina a sfondare nelle tecnologie chiave nel campo dello storage e svolgendo un ruolo importante nell’economia digitale dei big data. soddisfare le principali esigenze nel campo dell'industria dell'informazione.
In futuro, il gruppo di ricerca accelererà l'innovazione originale e la ricerca tecnologica chiave, promuoverà l'integrazione e l'industrializzazione di storage ottico di capacità ultra-grande ed espanderà la sua applicazione trasversale nel campo del micro-imaging ottico, del display ottico, dell'ottica elaborazione delle informazioni, per produrre risultati innovativi sempre più eccellenti.
Il lavoro di ricerca è stato sostenuto dai principali progetti della Commissione per la scienza e la tecnologia di Shanghai e dal Programma chiave nazionale di ricerca e sviluppo.

Figura 1 Diagramma schematico della preparazione del disco ottico di grado Pb e della modalità di lettura/scrittura

Figura 2 Risultati della registrazione delle informazioni a super risoluzione

Figura 3 100-risultati del recupero della registrazione del livello e della decodifica del codice binario

Figura 4 Foto fisica del disco ottico