상하이 광학 및 정밀 기계 연구소(SIPM), 초대용량 초해상도 3D 광학 저장 연구에 획기적인 발전

최근 중국과학원(CAS) 산하 광학정밀기계연구소(SIPM)가 상하이기술연구소(SIT) 등 연구기관과 협력해 초대용량 초해상도 분야에서 획기적인 성과를 거두었다. 3차원 광저장 연구. 연구팀은 국제 최초의 이중빔 조절 응집 유도 발광 초해상도 광학 저장 기술을 사용하여 정보 쓰기 및 읽기에서 처음으로 극한의 회절 한계, 포인트 크기 구현의 실험적 돌파구를 찾았습니다. 54nm, 70nm 간격의 초고해상도 데이터 저장 장치를 완성하고 100-레이어 다층 기록을 완성했습니다. 단일 디스크의 용량은 Pb 수준까지, 중국 정보 분야의 획기적인 발전입니다. 연구팀은 핵심핵심기술을 저장하고 디지털경제의 지속가능한 발전을 달성하기 위해 초대용량, 초해상도 3차원 광저장장치 연구에 진전을 이루었습니다. 중국이 정보 저장 분야의 핵심 핵심 기술을 돌파하고 디지털 경제의 지속 가능한 발전을 실현하는 것은 매우 중요한 의미를 갖습니다. 이번 연구 결과는 2024년 2월 22일 네이처 저널에 게재됐다. 논문의 제1저자는 상하이광학기계연구소(SIOM)의 Hao Ruan 박사이고, 교신저자는 상하이공과대학(SIT)의 포토닉 칩 연구소 소장 Min Gu 학자와 Jing Wen 교수입니다. 상하이 공과대학(SIT). SIPM의 박사후 연구원인 Zhao Miao 박사와 Shanghai Institute of Technology(SIT)의 Wen Jing 교수가 이 논문의 공동 제1저자입니다.
광 스토리지 기술은 환경 친화적이고 에너지 절약적이며 안전하고 신뢰할 수 있다는 고유한 장점을 갖고 있으며 수명은 50-100년이므로 대용량 데이터를 저비용으로 장기간 저장하는 데 매우 적합합니다. 그러나 회절한계의 한계로 인해 기존 상용 광디스크의 최대 용량은 100기가바이트(GB) 수준에 불과하다. 정보량이 증가하는 빅데이터 시대를 맞아 회절한계를 돌파하고, 정보점의 크기를 줄이고, 단일 디스크의 저장 용량을 늘리는 것은 광저장 분야의 오랫동안 끊임없는 추구였습니다.
1994년 독일 과학자 스테판 W. 헬(Stefan W. Hell) 교수가 여기방사선손실현미경 기술을 제안해 광학적 회절한계를 깨뜨릴 수 있다는 사실을 최초로 입증해 2014년 노벨화학상을 수상했다. 개발을 통해 마이크로 이미징, 레이저 나노 직접 기록 등 다양한 분야에서 광학 초해상 결과가 구현되었으며 정보의 초해상 기록이 해결되었습니다. 그러나 기존 염료는 응집된 상태에서 형광 폭발에 매우 ​​취약하여 정보가 손실되고, 나노 수준에서 배경 잡음에 의해 소멸되기 어려워 초해상도를 판독하는 데 어려움이 있습니다. 일반적으로 전자현미경 스캐닝 판독에 의존하므로 광학 저장 분야에서 초해상도 기술 적용이 제한됩니다. 따라서 초해상 쓰기, 초해상 읽기, 3차원 저장 및 장수명 미디어의 동시적 실현을 개발하는 데에는 광 저장 분야의 연구 문제가 해결되는 데 10년 이상이 소요됩니다.
1980년대 상하이 광학기계연구소 간푸시(Gan Fuxi) 학자가 중국 디지털 광디스크 저장기술 연구를 개척했고, 연구팀은 광저장 분야에 박차를 가해 왔다. 풍부한 연구 기반과 혁신적인 기술 솔루션을 바탕으로 이중 빔 초해상도 기술과 집합 유도 발광 저장 매체를 기반으로 정보 쓰기 및 읽기가 한계의 회절 한계를 돌파하고 포인트 크기를 실현했습니다. 54 nm, 70 nm 초고해상도 데이터 저장의 도로 간격 및 100- 레이어 다층 기록을 완성했으며 단일 디스크의 등가 용량은 약 1.6 Pb입니다. 40년 이상의 광 디스크 미디어 수명 노화에 대한 가속 테스트 후, 가속 반복 읽기 40년 이상, 가속 반복 읽기 형광 대비는 여전히 20.5:1만큼 높습니다. 세계 최초로 Pb급 초대용량 광저장장치 구현, 평론가 높은 평가 "Pb급 광저장 기술의 획기적인 혁신…" "기존 다른 기술과 비교" , 이 기술은 성능 측면에서 가장 높은 광학 스토리지 표면 밀도를 제공합니다...""연구 결과는 데이터 센터 아카이브 데이터 스토리지의 획기적인 발전으로 이어질 수 있으며 대용량 및 에너지 절약이라는 스토리지 기술 과제를 해결할 수 있습니다..."
광학 현미경부터 광학 저장 기술까지 모든 것이 광학 회절 한계에 의해 제한됩니다. 2021년 사이언스가 발표한 세계 최첨단 과학문제 125개 중 회절한계를 돌파한 사례는 물리학 분야에서 더욱 높다. 이 초고해상도 광디스크의 성공적인 개발은 정보 쓰기와 읽기 모두에서 이러한 물리적인 문제를 해결하여 중국이 저장 분야의 핵심 핵심 기술을 돌파하는 데 도움이 되고 빅 데이터 디지털 경제에서 중요한 역할을 할 것입니다. 정보 산업 분야의 주요 요구 사항을 충족합니다.
앞으로 연구팀은 원천혁신과 핵심기술 연구를 가속화하고, 초대용량 광저장장치의 통합과 산업화를 촉진하며, 광학 마이크로 이미징, 광학 디스플레이, 광학 분야의 교차적용을 확대해 나갈 예정이다. 정보처리를 통해 점점 더 우수하고 혁신적인 결과를 만들어냅니다.
이 연구 작업은 상하이 과학 기술위원회의 주요 프로젝트와 국가 핵심 R&D 프로그램의 지원을 받았습니다.

그림 1 Pb급 광디스크 준비 및 읽기/쓰기 모드의 개략도

그림 2 초해상도 정보 기록 결과

그림 3 100-레이어 기록 및 바이너리 코드 디코딩 복구 결과

그림 4 광디스크의 실제 사진