数据存储量达到PB量级（petabit）的“超级光盘”，在我国诞生。

这一重大研究成果是中国科学院上海光学精密机械研究所(以下简称“上海光机所”)阮昊研究员团队和上海理工大学顾敏院士等科研人员共同合作，所取得的突破性进展。

其论文《A 3D nanoscale optical disk memory with petabit capacity》（《具有PB容量的3D纳米级光盘存储器》）已于2月21日发表于《自然》（Nature）杂志。

据悉，“超级光盘”的存储容量是普通光盘上万倍、普通硬盘上百倍，它相当于把数据中心机柜缩小到一张光盘上。这对于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。

据论文通讯作者之一、上海光机所阮昊研究员介绍，存储是数字经济的基石之一，光存储技术具有绿色节能、安全可靠、寿命长的独特优势，非常适合长期低成本存储海量数据。然而受到光学衍射极限的限制，传统商用光盘的最大容量仅在百GB量级。

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，是近10多年来光存储研究领域亟待解决的世界难题。2012年，本论文另一位通讯作者、上海理工大学顾敏院士提出了双光束超分辨光存储原理的设想。

上海光机所阮昊研究员展示“超级光盘”

此后，经过长达7年的不懈钻研，研究团队终于取得突破。他们利用国际首创的双光束调控聚集诱导发光超分辨光存储技术，这种方法利用了一种叫做AIE-DDPR的新存储介质，通过在光阻薄膜中掺杂聚集诱导发光染料制成，这使薄膜能在纳米尺度上读取和写入。这种薄膜由吸收光子的分子（光引发剂）和高度光敏的分子组成，以获取写入数据。

空白AIE-DDPR光盘纳米级光学写入和读取原理及生产流程

利用该方法，他们在实验上首次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，单盘等效容量达PB量级。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。经老化加速测试，光盘介质寿命大于40年。

上海光机所相关负责人表示，“超级光盘”的诞生，完成了双光束超分辨三维光存储的原理和实验验证，未来实现产业化，还有很长的路要走。研究团队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、光信息处理等领域的交叉应用。

上海光机所是我国重要的存储材料与技术研究基地。早在20世纪80年代，上海光机所干福熹院士就开创了我国数字光盘存储技术的研究，之后上海光机所团队一直深耕光存储领域。

从光学显微技术，到当今“卡脖子”技术的光刻机，再到光存储技术，无一不被光学衍射极限所限制。在2021年《科学》杂志发布的全世界最前沿的125个科学问题中，光学衍射极限在物理领域高居首位。这一技术也是《自然》杂志最新发布的2024年值得关注的七大技术之一。

“超级光盘”论文共同通讯作者、中国工程院外籍院士顾敏介绍说：“Pb级海量三维纳米光子存储技术是划时代的技术。以深度学习模型GPT为例，其整个互联网文本大小约为56Pb，如果用当前广泛使用的1TB容量的移动硬盘进行存储，平铺开来需要占据一个操场的面积，而新的三维纳米光子存储可将存储空间节省至一台电脑大小，极大地降低经济成本。”

《自然》杂志的审稿人也对这一研究成果给予高度评价，认为“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”。

参考资料：

论文：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06980-y

新华网：“超级光盘”诞生 我国在光存储领域获重大突破

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