中國科學院上海光學精密機械研究所與上海理工大學等合作，在超大容量超分辨三維光存儲研究中取得突破性進展。該團隊利用國際首創(chuàng)的雙光束調控聚集誘導發(fā)光超分辨光存儲技術，實驗上首次在信息寫入和讀出均突破了衍射極限的限制，實現(xiàn)了點尺寸為54nm、道間距為70nm的超分辨數據存儲，并完成了100層的多層記錄，單盤等效容量達Pb量級，對于我國在信息存儲領域突破關鍵核心技術、實現(xiàn)數字經濟的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。2月22日，相關研究成果發(fā)表在《自然》（Nature）上。

光存儲技術具有綠色節(jié)能、安全可靠、壽命長達50~100年的獨特優(yōu)勢，適合于長期低成本存儲海量數據。而受到衍射極限的限制，傳統(tǒng)商用光盤的最大容量僅在百GB量級。在信息量日益增長的大數據時代，突破衍射極限、縮小信息點尺寸、提高單盤存儲容量一直是光存儲領域的追求。

1994年，德國科學家Stefan W. Hell提出了受激輻射損耗顯微技術，首次證明了光學衍射極限能夠被打破，并在2014年獲得諾貝爾化學獎，經過20多年的發(fā)展，在顯微成像、激光納米直寫等領域實現(xiàn)了光學超分辨成果，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的難題，導致超分辨的信息難以讀出，通常依賴電鏡掃描的讀出方式，限制了超分辨技術在光存儲領域中的應用。因此，發(fā)展可同步實現(xiàn)超分辨寫、超分辨讀、三維存儲及長壽命介質是10多年來光存儲研究領域亟待解決的難題。

20世紀80年代，中國科學院院士、上海光機所研究員干福熹開創(chuàng)了我國數字光盤存儲技術的研究，一直深耕光存儲領域。該團隊依托于豐厚的研究基礎和創(chuàng)新技術方案，基于雙光束超分辨技術及聚集誘導發(fā)光存儲介質，在信息寫入和讀出均突破了衍射極限的限制，實現(xiàn)了點尺寸為54nm、道間距為70nm的超分辨數據存儲，并完成了100層的多層記錄，單盤等效容量約1.6 Pb。經老化加速測試，光盤介質壽命大于40年，加速重復讀取后熒光對比度仍高達20.5：1。這是國際上首次實現(xiàn)Pb量級的超大容量光存儲。上述成果得到審稿人的高度評價，認為“這是一種具有突破性創(chuàng)新的Pb級光存儲技術”，“與現(xiàn)有其他技術相比，該技術在性能方面提供了最高的光存儲面密度”，“研究成果可能會帶來數據中心檔案數據存儲的突破，解決大容量和節(jié)能的存儲技術難題”。

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Pb級光盤制備及讀寫方式示意圖

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超分辨信息記錄結果

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100層記錄和二進制編碼譯碼復原結果

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光盤實物照片

論文第一作者單位為上海光機所，通訊作者為上海光機所研究員阮昊、上海理工大學光子芯片研究院院長顧敏和上海理工大學教授文靜。上海光機所博士后趙苗和上海理工大學教授文靜為并列第一作者。研究工作得到上海市科學技術委員會重大項目和國家重點研發(fā)計劃等的支持。

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