新火種
2024-02-27 
超級(jí)光盤中國造！一張就能裝下小型數(shù)據(jù)中心
一張光盤就能裝下一個(gè)小型數(shù)據(jù)中心，光盤容量極限迎來重大突破！
這就是由中國科學(xué)家耗時(shí)七年打造的史上容量最大的“超級(jí)光盤”：
“超級(jí)光盤”由上海光機(jī)所與上海理工大學(xué)等機(jī)構(gòu)合作打造，容量達(dá)到了普通藍(lán)光光盤的數(shù)萬倍。
不僅容量可觀，而且安全可靠、存儲(chǔ)時(shí)間長，非常適合長期、低成本地存儲(chǔ)海量數(shù)據(jù)。
如果實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，用這種光盤來做存儲(chǔ)陣列，有望在一個(gè)房間的空間內(nèi)建立出Eb級(jí)的高密度數(shù)據(jù)中心。
相關(guān)研究已經(jīng)在Nature發(fā)表：
對(duì)此，有網(wǎng)友辣評(píng)說，為了你的硬盤資源能完好地傳給你的曾曾曾孫，科學(xué)家們真的很努力……
那么，這張“超級(jí)光盤”到底有多強(qiáng)呢？
在納米尺度上雕刻數(shù)據(jù)
存儲(chǔ)能力上，它的最大等效容量達(dá)到了1.6Pb，也就是1600多Tb或?qū)⒔?68萬Gb。
而在電商平臺(tái)上能搜到的硬盤，最大容量不過20TB（160Tb），只有“超級(jí)光盤”的10%。
這個(gè)容量，大概可以儲(chǔ)存3000小時(shí)的高碼率（160Mbps）8K電影。
對(duì)此，中國工程院外籍院士顧敏也用時(shí)下流行的ChatGPT做了解釋：
即使把容量劃分到單位面積上，它的數(shù)據(jù)密度達(dá)到了每平方英寸（6.45平方厘米）26Tb，比最好的硬盤還多出23倍。
“超級(jí)光盤”的厚度只有1.2毫米，卻堆疊了100層薄膜介質(zhì)，還擁有54nm點(diǎn)尺寸、70nm道間距的超高分辨率。
而普通光盤的點(diǎn)尺寸接近微米（1000納米）量級(jí)，“超級(jí)光盤”可謂是在納米尺度上雕刻數(shù)據(jù)。
壽命上，研究人員在130和120攝氏度下對(duì)記錄點(diǎn)的熒光衰減進(jìn)行了加速老化測(cè)試。
在兩種溫度下，熒光信息的衰減時(shí)間分別為12和26小時(shí)。
據(jù)此，研究人員根據(jù)Arrhenius模型推算，“超級(jí)光盤”中的數(shù)據(jù)能保存超過41年，如果加上保護(hù)層，壽命還能進(jìn)一步延長。
而且，“超級(jí)光盤”不僅實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)設(shè)備容量的飛躍，在光學(xué)領(lǐng)域同樣是一項(xiàng)重要突破。
19世紀(jì)，物理學(xué)家恩斯特·阿貝在提出了“衍射極限”的概念，即光學(xué)系統(tǒng)在沒有其他像差或技術(shù)限制的情況下，能夠分辨兩個(gè)接近的點(diǎn)的最小距離。
按照阿貝的理論，衍射極限d=1.22λ/2NA，其中λ為波長，NA是系統(tǒng)的數(shù)值孔徑，而“超級(jí)光盤”的信息點(diǎn)間距小于按照這一公式計(jì)算出的理論值。
那么，研究人員是如何制造出這個(gè)“超級(jí)光盤”的呢？
堆疊100層薄膜材料
“超級(jí)光盤”的核心，是一種名為AIE-DDPR的薄膜材料，通過在光敏樹脂中摻雜聚集誘導(dǎo)發(fā)光染料得到。
這種材料具有高透明度和均勻性，且可以通過飛秒激光束進(jìn)行光學(xué)刺激，實(shí)現(xiàn)納米尺度的聚合和去活化。
AIE染料在聚集狀態(tài)下表現(xiàn)出增強(qiáng)的熒光發(fā)射，這與許多傳統(tǒng)熒光染料在聚集時(shí)熒光減弱的特性相反，使得薄膜在被激光束激發(fā)時(shí)能夠產(chǎn)生強(qiáng)烈的熒光信號(hào)，例于數(shù)據(jù)的讀取和檢測(cè)。
此外，AIE-DDPR存儲(chǔ)密度高、環(huán)境友好、耐用的優(yōu)點(diǎn)，并與現(xiàn)有的光盤制造工藝兼容。
首先，將光敏樹脂（DTPA，二季戊四醇五丙烯酸酯）與光引發(fā)劑（ITX，即2-異丙基硫雜蒽酮）和AIE染料（HPS，即六苯基噻咯）混合在有機(jī)溶劑中。
然后，將這個(gè)混合物在熱板上攪拌以確保充分混合，然后在烘箱中加熱以去除溶劑，然后將上述混合物旋涂到透明基底上。
涂布后的薄膜需要在紫外光下固化，以形成均勻且透明的薄膜。固化過程會(huì)去除溶劑，使樹脂交聯(lián)形成固態(tài)薄膜。
薄膜形成后，就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)寫入了，這里研究人員使用的是雙束激光系統(tǒng)。
首先，使用515納米波長的飛秒激光束在薄膜上進(jìn)行聚焦，通過兩光子吸收引發(fā)聚合反應(yīng)，形成記錄點(diǎn)。
然后，使用639納米波長的連續(xù)波（CW）激光束進(jìn)行去活化，以抑制周圍區(qū)域的聚合，從而實(shí)現(xiàn)超分辨率的記錄點(diǎn)。
這也正是“超級(jí)光盤”能夠突破衍射極限的關(guān)鍵所在。
最終，研究人員在垂直方向上堆疊100層AIE-DDPR薄膜，每層之間保持一定的間距，就在有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高的存儲(chǔ)密度。
One More Thing
在提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度這件事上，人類的探索從未停止。
在“超級(jí)光盤”出現(xiàn)之前，容量最大的光盤是英國科學(xué)家2013年用玻璃制作的“5D光盤”。
交叉學(xué)科方面，也有生物學(xué)家嘗試著將DNA作為信息的存儲(chǔ)載體，并成功將信息“存”進(jìn)了大腸桿菌。
而進(jìn)入AI爆發(fā)的新時(shí)代，人工智能或許也將為尋找更高密度的存儲(chǔ)介質(zhì)提供新的思路。
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