今天小編分享的科學經驗：超級光盤中國造！一張就能裝下小型數據中心，歡迎閱讀。
一張光盤就能裝下一個小型數據中心，光盤容量極限迎來重大突破！
這就是由中國科學家耗時七年打造的史上容量最大的 " 超級光盤 "：
" 超級光盤 " 由上海光機所與上海理工大學等機構合作打造，容量達到了普通藍光光盤的數萬倍。
不僅容量可觀，而且安全可靠、存儲時間長，非常适合長期、低成本地存儲海量數據。
如果實現量產，用這種光盤來做存儲陣列，有望在一個房間的空間内建立出 Eb 級的高密度數據中心。
相關研究已經在 Nature 發表：
對此，有網友辣評說，為了你的硬碟資源能完好地傳給你的曾曾曾孫，科學家們真的很努力……
那麼，這張 " 超級光盤 " 到底有多強呢？
在納米尺度上雕刻數據
存儲能力上，它的最大等效容量達到了 1.6Pb，也就是 1600 多 Tb 或将近 168 萬 Gb。
而在電商平台上能搜到的硬碟，最大容量不過 20TB（160Tb），只有 " 超級光盤 " 的 10%。
這個容量，大概可以儲存 3000 小時的高碼率（160Mbps）8K 電影。
對此，中國工程院外籍院士顧敏也用時下流行的 ChatGPT 做了解釋：
以深度學習模型 GPT 為例，其整個互聯網文本大小約為 56PB。
如果用當前廣泛使用的 1TB 容量的移動硬碟進行存儲，平鋪開來需要占據一個操場的面積。
而新的三維納米光子存儲（" 超級光盤 " 采用的技術），可将存儲空間節省至一台電腦大小。
即使把容量劃分到部門面積上，它的數據密度達到了每平方英寸（6.45 平方厘米）26Tb，比最好的硬碟還多出 23 倍。
" 超級光盤 " 的厚度只有 1.2 毫米，卻堆疊了 100 層薄膜介質，還擁有 54nm 點尺寸、70nm 道間距的超高分辨率。
而普通光盤的點尺寸接近微米（1000 納米）量級，" 超級光盤 " 可謂是在納米尺度上雕刻數據。
壽命上，研究人員在 130 和 120 攝氏度下對記錄點的熒光衰減進行了加速老化測試。
在兩種溫度下，熒光信息的衰減時間分别為 12 和 26 小時。
據此，研究人員根據 Arrhenius 模型推算，" 超級光盤 " 中的數據能保存超過 41 年，如果加上保護層，壽命還能進一步延長。
而且，" 超級光盤 " 不僅實現了存儲設備容量的飛躍，在光學領網域同樣是一項重要突破。
19 世紀，物理學家恩斯特 · 阿貝在提出了 " 衍射極限 " 的概念，即光學系統在沒有其他像差或技術限制的情況下，能夠分辨兩個接近的點的最小距離。
按照阿貝的理論，衍射極限 d=1.22 λ /2NA，其中 λ 為波長，NA 是系統的數值孔徑，而 " 超級光盤 " 的信息點間距小于按照這一公式計算出的理論值。
那麼，研究人員是如何制造出這個 " 超級光盤 " 的呢？
堆疊 100 層薄膜材料
" 超級光盤 " 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發光染料得到。
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行光學刺激，實現納米尺度的聚合和去活化。
AIE 染料在聚集狀态下表現出增強的熒光發射，這與許多傳統熒光染料在聚集時熒光減弱的特性相反，使得薄膜在被激光束激發時能夠產生強烈的熒光信号，例于數據的讀取和檢測。
此外，AIE-DDPR 存儲密度高、環境友好、耐用的優點，并與現有的光盤制造工藝兼容。
首先，将光敏樹脂（DTPA，二季戊四醇五丙烯酸酯）與光引發劑（ITX，即 2- 異丙基硫雜蒽酮）和 AIE 染料（HPS，即六苯基噻咯）混合在有機溶劑中。
然後，将這個混合物在熱板上攪拌以确保充分混合，然後在烘箱中加熱以去除溶劑，然後将上述混合物旋塗到透明基底上。
塗布後的薄膜需要在紫外光下固化，以形成均勻且透明的薄膜。固化過程會去除溶劑，使樹脂交聯形成固态薄膜。
薄膜形成後，就可以進行數據寫入了，這裡研究人員使用的是雙束激光系統。
首先，使用 515 納米波長的飛秒激光束在薄膜上進行聚焦，通過兩光子吸收引發聚合反應，形成記錄點。
然後，使用 639 納米波長的連續波（CW）激光束進行去活化，以抑制周圍區網域的聚合，從而實現超分辨率的記錄點。
這也正是 " 超級光盤 " 能夠突破衍射極限的關鍵所在。
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，就在有限的空間内實現更高的存儲密度。
One More Thing
在提高數據存儲密度這件事上，人類的探索從未停止。
在 " 超級光盤 " 出現之前，容量最大的光盤是英國科學家 2013 年用玻璃制作的 "5D 光盤 "。
交叉學科方面，也有生物學家嘗試着将 DNA 作為信息的存儲載體，并成功将信息 " 存 " 進了大腸杆菌。
而進入 AI 爆發的新時代，人工智能或許也将為尋找更高密度的存儲介質提供新的思路。
論文地址：
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06980-y
