中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所與上海理工大學(xué)等合作，在超大容量超分辨三維光存儲(chǔ)研究中取得突破性進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)利用國(guó)際首創(chuàng)的雙光束調(diào)控聚集誘導(dǎo)發(fā)光超分辨光存儲(chǔ)技術(shù)，實(shí)驗(yàn)上首次在信息寫入和讀出均突破了衍射極限的限制，實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)尺寸為54nm、道間距為70nm的超分辨數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并完成了100層的多層記錄，單盤等效容量達(dá)Pb量級(jí)，對(duì)于我國(guó)在信息存儲(chǔ)領(lǐng)域突破關(guān)鍵核心技術(shù)、實(shí)現(xiàn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。2月22日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然》（Nature）上。

光存儲(chǔ)技術(shù)具有綠色節(jié)能、安全可靠、壽命長(zhǎng)達(dá)50~100年的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，適合于長(zhǎng)期低成本存儲(chǔ)海量數(shù)據(jù)。而受到衍射極限的限制，傳統(tǒng)商用光盤的最大容量?jī)H在百GB量級(jí)。在信息量日益增長(zhǎng)的大數(shù)據(jù)時(shí)代，突破衍射極限、縮小信息點(diǎn)尺寸、提高單盤存儲(chǔ)容量一直是光存儲(chǔ)領(lǐng)域的追求。

1994年，德國(guó)科學(xué)家Stefan W. Hell提出了受激輻射損耗顯微技術(shù)，首次證明了光學(xué)衍射極限能夠被打破，并在2014年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，在顯微成像、激光納米直寫等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了光學(xué)超分辨成果，信息的超分辨寫入得到解決。然而，傳統(tǒng)染料在聚集狀態(tài)下極易發(fā)生熒光猝滅，造成信息的丟失，在納米尺度下存在被背景噪聲湮沒(méi)的難題，導(dǎo)致超分辨的信息難以讀出，通常依賴電鏡掃描的讀出方式，限制了超分辨技術(shù)在光存儲(chǔ)領(lǐng)域中的應(yīng)用。因此，發(fā)展可同步實(shí)現(xiàn)超分辨寫、超分辨讀、三維存儲(chǔ)及長(zhǎng)壽命介質(zhì)是10多年來(lái)光存儲(chǔ)研究領(lǐng)域亟待解決的難題。

20世紀(jì)80年代，中國(guó)科學(xué)院院士、上海光機(jī)所研究員干福熹開創(chuàng)了我國(guó)數(shù)字光盤存儲(chǔ)技術(shù)的研究，一直深耕光存儲(chǔ)領(lǐng)域。該團(tuán)隊(duì)依托于豐厚的研究基礎(chǔ)和創(chuàng)新技術(shù)方案，基于雙光束超分辨技術(shù)及聚集誘導(dǎo)發(fā)光存儲(chǔ)介質(zhì)，在信息寫入和讀出均突破了衍射極限的限制，實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)尺寸為54nm、道間距為70nm的超分辨數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并完成了100層的多層記錄，單盤等效容量約1.6 Pb。經(jīng)老化加速測(cè)試，光盤介質(zhì)壽命大于40年，加速重復(fù)讀取后熒光對(duì)比度仍高達(dá)20.5：1。這是國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)Pb量級(jí)的超大容量光存儲(chǔ)。上述成果得到審稿人的高度評(píng)價(jià)，認(rèn)為“這是一種具有突破性創(chuàng)新的Pb級(jí)光存儲(chǔ)技術(shù)”，“與現(xiàn)有其他技術(shù)相比，該技術(shù)在性能方面提供了最高的光存儲(chǔ)面密度”，“研究成果可能會(huì)帶來(lái)數(shù)據(jù)中心檔案數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的突破，解決大容量和節(jié)能的存儲(chǔ)技術(shù)難題”。

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Pb級(jí)光盤制備及讀寫方式示意圖

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超分辨信息記錄結(jié)果

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100層記錄和二進(jìn)制編碼譯碼復(fù)原結(jié)果

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光盤實(shí)物照片

論文第一作者單位為上海光機(jī)所，通訊作者為上海光機(jī)所研究員阮昊、上海理工大學(xué)光子芯片研究院院長(zhǎng)顧敏和上海理工大學(xué)教授文靜。上海光機(jī)所博士后趙苗和上海理工大學(xué)教授文靜為并列第一作者。研究工作得到上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)重大項(xiàng)目和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等的支持。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06980-y