上海光学精密機械研究所（SIPM）が超大容量超解像度3D光ストレージ研究で画期的な進歩を遂げる

最近、中国科学院（CAS）の上海光学精密機械研究所（SIPM）は、上海理工大学（SIT）および他の研究機関と協力して、超大容量超解像のブレークスルーを達成しました。三次元光ストレージの研究。 研究チームは、国際初のデュアルビーム制御凝集誘起発光超解像光ストレージ技術を利用し、初めて情報の書き込みと読み出しにおいて回折限界の実験的ブレークスルーを達成し、ポイントサイズを実現した。 54nm、70nm間隔の超解像度のデータストレージを実現し、Pbレベルまでの単一ディスクに相当する容量である100-層の多層記録を完成した。情報分野における中国の画期的な進歩である。主要なコア技術のストレージとデジタル経済の持続可能な発展を達成するために、研究チームは超大容量超解像度三次元光ストレージの研究を進歩させた。 中国にとって、情報ストレージ分野の主要コア技術を突破し、デジタル経済の持続可能な発展を実現することは非常に重要である。 研究結果は、2024年2月22日付けでNature誌に掲載された。 論文の筆頭著者は上海光学機械研究所（SIOM）のハオ・ルアン博士、責任著者はミン・グ学者、上海理工大学（SIT）フォトニックチップ研究院所長、ジン・ウェン教授です。上海理工大学（SIT）の博士号を取得。 SIPM 博士研究員の Zhao Miao 博士と上海理工大学 (SIT) の Wen Jing 教授がこの論文の共同筆頭著者です。
光ストレージ技術には、グリーン、省エネ、安全性、信頼性が高く、寿命が 50-100 年であるという独自の利点があり、大量のデータを長期低コストで保存するのに非常に適しています。 ただし、回折限界の制限により、従来の商用光ディスクの最大容量はわずか 100 ギガバイト (GB) 程度です。 情報量が増大するビッグデータの時代において、回折限界の突破、情報ポイントのサイズの縮小、および単一ディスクの記憶容量の増加は、光ストレージ分野の長年にわたる絶え間ない追求でした。
1994 年、ドイツの科学者ステファン W. ヘル教授は、光の回折限界を突破できることを初めて証明した励起放射線損失顕微鏡技術を提案し、2014 年にノーベル化学賞を受賞しました。開発の進展により、光学的超解像の成果はマイクロイメージング、レーザーナノ直接書き込みなどの多くの分野で実現され、情報の超解像書き込みは解決されました。 しかし、従来の色素は凝集状態での蛍光バーストの影響を非常に受けやすく、その結果情報が失われてしまうほか、ナノスケールのバックグラウンドノイズによって消滅してしまい、超解像画像の読み出しが困難になるという問題がありました。通常、電子顕微鏡の走査による読み出しに依存しているため、光ストレージ分野における超解像技術の適用が制限されています。 したがって、超解像度書き込み、超解像度読み取り、三次元ストレージ、および長寿命メディアの同期実現の開発は、光ストレージの分野で解決すべき研究課題として10年以上かかっています。
1980 年代、上海光機械研究所の甘福喜学士は中国のデジタル光ディスク ストレージ技術の研究の先駆者となり、研究チームは光ストレージの分野に力を入れてきました。 豊富な研究基盤と革新的な技術ソリューションに頼って、デュアルビーム超解像技術と凝集誘起発光記憶媒体に基づいて、情報の書き込みと読み取りで限界の回折限界を突破し、ポイントサイズを実現しました。 54nm、70nmの超解像度データストレージの道路間隔、100-層の多層記録が完了すると、単一ディスクの等価容量は約1.6Pbになります。 40 年を超える光ディスクメディア寿命の加速試験後、加速繰り返し読み取り 40 年を超えても、加速繰り返し読み取りの蛍光コントラストは 20.5:1 と高いままです。 世界で初めてPbレベルの超大容量光ストレージを実現し、評論家から「これはPbレベルの光ストレージ技術の画期的な革新だ…」「他の既存技術と比較して」と高い評価、このテクノロジーは、パフォーマンスの点で最高の光ストレージ表面密度を提供します..."「研究結果は、データセンターのアーカイブデータストレージの画期的な進歩につながり、大容量とエネルギー節約というストレージテクノロジーの課題を解決する可能性があります...」。
光学顕微鏡から光ストレージ技術に至るまで、あらゆるものは光回折限界によって制限されます。 Science が 2021 年に発表した世界で最も最先端の科学問題 125 件の中で、物理学の分野では回折限界の突破がさらに重要です。 この超解像度光ディスクの開発の成功は、情報の書き込みと読み取りの両方においてこの物理的問題を突破し、中国がストレージ分野の主要なコア技術を突破するのに役立ち、ビッグデータデジタル経済において重要な役割を果たすことになるだろう。情報産業分野の大きなニーズに応えます。
今後、研究チームは独自のイノベーションと主要技術研究を加速し、超大容量光ストレージの統合と産業化を促進し、光学マイクロイメージング、光学ディスプレイ、光学分野でのクロスアプリケーションを拡大していきます。情報処理により、より優れた革新的な成果を生み出します。
この研究活動は、上海科学技術委員会の主要プロジェクトと国家重点研究開発プログラムによって支援されています。

図 1 鉛グレード光ディスクの準備と読み取り/書き込みモードの概略図

図2 超解像情報記録結果

図3 100-層の記録とバイナリコードのデコードの回復結果

図4 光ディスクの物理写真