Forskere demonstrerer 3D nanoskala optisk diskhukommelse med petabit-kapacitet

De mest populære ord i 2023 blev for nylig udgivet, hvor AI Large Language Model (LLM) utvivlsomt toppede listen. Som frontløber fremstod ChatGPT også som et af årets internationale buzzwords. Disse forstyrrende innovationer inden for kunstig intelligens skyldes i høj grad big data, som har spillet en central rolle. Alligevel har AI samtidig præsenteret nye muligheder og udfordringer for udviklingen af ​​big data.

Datalagring med høj kapacitet er uundværlig i nutidens digitale økonomi. Men store lagerenheder som harddiske og halvleder-flash-enheder står over for begrænsninger med hensyn til omkostningseffektivitet, holdbarhed og levetid.

Optisk datalagring tilbyder en lovende grøn løsning til omkostningseffektiv og langsigtet datalagring. Ikke desto mindre støder optisk datalagring på en fundamental begrænsning i afstanden mellem tilstødende optagede funktioner på grund af den optiske diffraktionsgrænse. Denne fysiske begrænsning hæmmer ikke kun den videre udvikling af direkte laserskrivemaskiner, men påvirker også optisk mikroskopi og lagringsteknologi.

At bryde den diffraktionsbegrænsede barriere rangerer som den største udfordring inden for fysik, ifølge de 125 banebrydende videnskabelige problemer udgivet af Science i 2021. Det er også blandt de syv teknologigennembrud forudsagt af Nature for 2024 og frem.

Et tværfagligt team ledet af professor Min Gu ved University of Shanghai for Science and Technology (USST) og Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics (SIOM), Chinese Academy of Sciences, har med succes overvundet denne udfordring.

De har for nylig offentliggjort deres seneste forskningsresultater, med titlen "A 3D nanoscale optical disk memory with petabit-kapacitet," i Nature .

For første gang har forskere påvist, at optisk datalagringskapacitet kan nå petabit-niveauet (Pb) ved at udvide den plane optagelsesarkitektur til tre dimensioner med hundredvis af lag og derved bryde den optiske diffraktionsgrænsebarriere for de registrerede pletter.

Lagerkapaciteten inden for området af en disk i DVD-størrelse kan nå op til Pb-niveau, svarende til mindst 10.000 Blu-ray-diske eller 100 højkapacitets harddiske.

Den banebrydende teknologi i tredimensionel nanoskala optisk diskhukommelse med petabit-kapacitet er revolutionerende. Datasættet bag GPT, som omfatter 5,8 milliarder indekserede websider og optager omkring 56 Pb tekst, ville typisk kræve et legepladsområde med harddiske til opbevaring.

Den tredimensionelle nanoskala optiske diskhukommelse kan imidlertid krympe denne plads til størrelsen af ​​en stationær computer, hvilket reducerer omkostningerne betydeligt. Desuden er energiforbruget af optisk diskhukommelse i nanoskala flere størrelsesordener lavere end traditionelle metoder, og dets levetid kan nå op til 50-100 år.

I 2013 opnåede professor Min Gu og hans forskerhold 9 nanometer direkte laserskrivningsteknologi baseret på dobbeltstråleskrivning. Den tyske videnskabsmand professor Stefan W. Hell vandt 2014 Nobelprisen i kemi for opfindelsen af ​​dual-beam super-resolution mikroskopisk billeddannelsesteknologi.

Den tredimensionelle nanoskala optiske diskhukommelsesteknologi udgivet i Nature bryder med succes den diffraktionsbegrænsede barriere for optisk skrivning og læsning og indvarsler en ny æra for big datas digitale økonomi.

Flere oplysninger: Miao Zhao et al., En 3D nanoskala optisk diskhukommelse med petabit-kapacitet, Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-023-06980-y

Journaloplysninger: Videnskab , Natur

Leveret af University of Shanghai for Science and Technology