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，非常適合長期、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內建立出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，為了你的硬盤資源能完好地傳給你的曾曾曾孫，科學家們真的很努力……

那么，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或將近168萬Gb。

而在電商平臺上能搜到的硬盤，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容量的移動硬盤進行存儲，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），可將存儲空間節省至一臺電腦大小。

即使把容量劃分到單位面積上，它的數據密度達到了每平方英寸（6.45平方厘米）26Tb，比最好的硬盤還多出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別為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=1.22λ/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。

那么，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染料在聚集狀態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號，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，將光敏樹脂（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。

然后，將這個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。固化過程會去除溶劑，使樹脂交聯形成固態薄膜。

薄膜形成后，就可以進行數據寫入了，這里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。

然后，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，就在有限的空間內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，也有生物學家嘗試著將DNA作為信息的存儲載體，并成功將信息“存”進了大腸桿菌。

而進入AI爆發的新時代，人工智能或許也將為尋找更高密度的存儲介質提供新的思路。