近日，中国科学院上海光学精密机械研究所（下称“上海光机所”）与上海理工大学等科研单位合作，在超大容量超分辨三维光存储研究中取得突破性进展。这对我国在信息存储领域突破关键核心技术、实现数字经济的可持续发展具有重大意义。相关研究成果于2月22日发表在《自然》（Nature）杂志。这是国际上首次实现Pb量级的超大容量光存储。
仅仅20克透明轻薄的光盘，来源：《自然》
存储技术具有绿色节能、安全可靠、寿命长达50~100年的独特优势，适合于长期低成本存储海量数据。而受到衍射极限的限制，传统商用光盘的最大容量仅在百GB量级。在信息量日益增长的大数据时代，突破衍射极限、缩小信息点尺寸、提高单盘存储容量一直是光存储领域的追求。
1994年，德国科学家Stefan W.Hell提出了受激辐射损耗显微技术，首次证明了光学衍射极限能够被打破，并在2014年获得诺贝尔化学奖，经过20多年的发展，在显微成像、激光纳米直写等领域实现了光学超分辨成果，信息的超分辨写入得到解决。然而，传统染料在聚集状态下极易发生荧光猝灭，造成信息的丢失，在纳米尺度下存在被背景噪声湮没的难题，导致超分辨的信息难以读出，通常依赖电镜扫描的读出方式，限制了超分辨技术在光存储领域中的应用。因此，发展可同步实现超分辨写、超分辨读、三维存储及长寿命介质是10多年来光存储研究领域亟待解决的难题。
20世纪80年代，中国科学院院士、上海光机所研究员干福熹开创了我国数字光盘存储技术的研究，一直深耕光存储领域。
该团队依托于丰厚的研究基础和创新技术方案，基于双光束超分辨技术及聚集诱导发光存储介质，在信息写入和读出均突破了衍射极限的限制，实现了点尺寸为54nm、道间距为70nm的超分辨数据存储，并完成了100层的多层记录，单盘等效容量约1.6 Pb。
100层记录和二进制编码译码复原结果
经老化加速测试，光盘介质寿命大于40年，加速重复读取后荧光对比度仍高达20.5：1。这是国际上首次实现Pb量级的超大容量光存储。
超分辨信息记录结果
上述成果得到了审稿人的高度评价：“这是一种具有突破性创新的Pb级光存储技术…...”“与现有其他技术相比，该技术在性能方面提供了最高的光存储面密度…...”“研究成果可能会带来数据中心档案数据存储的突破，解决大容量和节能的存储技术难题…”。
（来源：上海光机所）
该超分辨光盘的研制，在信息写入和读出均突破了这一物理学难题，有助于我国在存储领域突破关键核心技术，有望在大数据数字经济中发挥重要作用，以满足信息产业领域的需求。
该研究团队的成果主要存储的是冷数据。“在所有数据中，80%以上都是冷数据，这些数据使用频率很少，但是需要永久保存，比如大科学装置做出来的实验数据。这类实验做一次非常不容易，这些访问速率没那么快但是又很重要的数据都要安全性地保存，我们的成果主要用在这类数据上面，因此特别适合数据中心的使用。”他补充举例，像处理热数据的固态硬盘、手机存储卡、存储条都很贵，处理百分之十几的温数据可以用磁存储、磁硬盘，另外80%冷数据就可以用光盘。
Pb级光盘制备及读写方式示意图，来源：《自然》
研究团队介绍，未来他们将加快原始创新和关键技术攻关，推动超大容量光存储的集成化和产业化进程，并拓展其在光显微成像、光显示、光信息处理领域的交叉应用，产出更多更优秀的创新成果。
最前沿的电子设计资讯
