Onderzoekers demonstreren 3D optisch schijfgeheugen op nanoschaal met petabit-capaciteit

De meest populaire woorden van 2023 zijn onlangs uitgebracht, waarbij AI Large Language Model (LLM) ongetwijfeld bovenaan de lijst staat. Als koploper kwam ChatGPT ook naar voren als een van de internationale modewoorden van het jaar. Deze disruptieve innovaties op het gebied van AI hebben veel te danken aan big data, die een cruciale rol hebben gespeeld. Toch heeft AI tegelijkertijd nieuwe kansen en uitdagingen geboden voor de ontwikkeling van big data.

Gegevensopslag met hoge capaciteit is onmisbaar in de huidige digitale economie. Grote opslagapparaten zoals harde schijven en halfgeleider-flashapparaten hebben echter te maken met beperkingen op het gebied van kosteneffectiviteit, duurzaamheid en levensduur.

Optische dataopslag biedt een veelbelovende groene oplossing voor kosteneffectieve en langdurige dataopslag. Niettemin stuit optische gegevensopslag op een fundamentele beperking in de afstand tussen aangrenzende opgenomen kenmerken, als gevolg van de optische diffractielimiet. Deze fysieke beperking belemmert niet alleen de verdere ontwikkeling van directe laserschrijfmachines, maar heeft ook invloed op optische microscopie en opslagtechnologie.

Het doorbreken van de diffractie-begrensde barrière geldt als de belangrijkste uitdaging op het gebied van de natuurkunde, volgens de 125 baanbrekende wetenschappelijke problemen die zijn vrijgegeven door Wetenschap in 2021. Het is ook een van de zeven technologische doorbraken die worden voorspeld door Natuur voor 2024 en daarna.

Een multidisciplinair team onder leiding van professor Min Gu van de Universiteit van Shanghai voor Wetenschap en Technologie (USST) en het Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics (SIOM), de Chinese Academie van Wetenschappen, heeft deze uitdaging met succes overwonnen.

Ze publiceerden onlangs hun nieuwste onderzoeksprestatie, getiteld “Een 3D optisch schijfgeheugen op nanoschaal met petabit-capaciteit,” in Natuur.

Voor de eerste keer hebben onderzoekers aangetoond dat de optische gegevensopslagcapaciteit het petabit (Pb)-niveau kan bereiken door de vlakke opnamearchitectuur uit te breiden naar drie dimensies met honderden lagen, waardoor de optische diffractielimietbarrière van de opgenomen plekken wordt doorbroken.

De opslagcapaciteit binnen het gebied van een schijf van dvd-formaat kan oplopen tot het Pb-niveau, wat overeenkomt met minimaal 10.000 Blu-ray-schijven of 100 harde schijven met hoge capaciteit.

De baanbrekende technologie van driedimensionaal optisch schijfgeheugen op nanoschaal met petabit-capaciteit is revolutionair. De dataset achter GPT, die 5,8 miljard geïndexeerde webpagina’s omvat en ongeveer 56 Pb aan tekst in beslag neemt, zou normaal gesproken een speeltuin met harde schijven nodig hebben voor opslag.

Het driedimensionale optische schijfgeheugen op nanoschaal kan deze ruimte echter verkleinen tot de grootte van een desktopcomputer, waardoor de kosten aanzienlijk worden verlaagd. Bovendien is het energieverbruik van optisch schijfgeheugen op nanoschaal verschillende ordes van grootte lager dan bij traditionele methoden, en kan de levensduur oplopen tot 50 tot 100 jaar.

In 2013 bereikten professor Min Gu en zijn onderzoeksteam een ​​directe laserschrijftechnologie van 9 nanometer, gebaseerd op schrijven met dubbele straal. De Duitse wetenschapper professor Stefan W. Hell won in 2014 de Nobelprijs voor de Scheikunde voor de uitvinding van microscopische beeldvormingstechnologie met dubbele bundel en superresolutie.

De driedimensionale optische schijfgeheugentechnologie op nanoschaal gepubliceerd in Natuur doorbreekt met succes de diffractie-gelimiteerde barrière voor optisch schrijven en lezen, en luidt een nieuw tijdperk in voor de digitale economie van big data.