近日，中科院上海光學精密機械研究所（以下簡稱“上海光學機械研究所”）與上海理工大學等科研單位合作，在超大容量3D超解像度光儲存研究方面取得突破性進展。 研究團隊採用全球首創的雙光束調製聚集誘導發光超解像度光儲存技術，在資訊寫入和讀出領域首次突破衍射極限的限制，實現了點尺寸為54nm、通道間距為70nm的超解像度資料儲存，並完成了100層的多層記錄， 擁有PB量級的單盤當量容量，對於我國突破資訊儲存領域“卡脖子”壁壘，實現數字經濟的可持續發展具有重要意義。研究結果於2024年2月22日發表在《自然》雜誌上。
光儲存技術具有綠色節能、安全可靠、壽命長達50至100年的獨特優勢，非常適合海量資料的長期低成本儲存，但由於衍射極限的限制，傳統商用光碟的最大容量僅為100GB量級。 在資訊量不斷增加的大資料時代，突破衍射極限、減小資訊點大小、增加單盤儲存容量，一直是光儲存領域不懈追求。
PB級光碟製備及讀寫方法示意圖。
1994 德國科學家 Stefan WHell教授提出受激輻射損失顯微鏡，首次證明了光學衍射極限是可以被打破的，並於2014年獲得諾貝爾化學獎，經過20多年的發展，在顯微成像、雷射奈米光刻等多個領域取得了光學超分辨成果，解決了資訊的超解像度寫入問題。 然而，傳統染料在聚集態下非常容易發生螢光猝滅，導致資訊丟失，並且仍然存在奈米尺度上被背景雜訊湮滅的問題，這使得超分辨資訊難以讀出，通常依賴於電子顯微鏡掃瞄的讀出方法，這限制了超解像度技術在光儲存領域的應用。 因此，同步超解像度寫入、超解像度讀取、三維儲存和長壽命介質的發展一直是光儲存研究領域10多年來亟待解決的問題。
超解像度資訊記錄結果。
自20世紀80年代以來，上海光力學研究所甘福煦院士率先開展了我國數字光碟儲存技術的研究，上海光力學研究所團隊深耕光儲存領域。 依託豐富的研究基礎和創新的技術方案，基於雙光束超分辨技術與聚集誘導發光光刻膠材料的結合，在資訊寫入和讀出方面突破了衍射極限，實現了點尺寸為54nm、通道間距為70nm的超解像度資料儲存， 並完成了100層的多層記錄，相當於每盤1層左右6pb。經過加速老化試驗，光碟介質的使用壽命在40年以上，螢光對比度仍高達205 1、這是全球首次實現PB級超大容量光儲存。
100層記錄和二進位編碼解碼恢復結果。
從光學顯微鏡技術，到今天的“卡脖子”技術光刻機，再到光學儲存技術，都受到光學衍射極限的限制。 在《科學》雜誌2021年發表的全球最前沿的科學問題中，突破衍射極限是物理學領域的首創。 這款超解像度光碟的成功研製，突破了資訊書寫和讀取的這一物理難題，將幫助我國突破儲存領域的“瓶頸”障礙，將在大資料數字經濟中發揮重要作用，滿足資訊產業的重大需求。
物理光碟**。
未來，研究團隊將加快原創創新和關鍵技術研究，推動超大容量光儲存的整合化和產業化程序，拓展其在顯微成像、光刻、感測、光資訊處理等領域的交叉應用，從而產生更多更好的創新成果。
中央電視台記者 Shuai Junquan Chu Erjia）。
責任編輯：王亞楠。