克雷西发自凹非寺
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一张光盘就能装下一个小型数据中心，光盘容量极限迎来重大突破！
这就是由中国科学家耗时七年打造的史上容量最大的“超级光盘”：
“超级光盘”由上海光机所与上海理工大学等机构合作打造，容量达到了普通蓝光光盘的数万倍。
不仅容量可观，而且安全可靠、存储时间长，非常适合长期、低成本地存储海量数据。
如果实现量产，用这种光盘来做存储阵列，有望在一个房间的空间内建立出 Eb 级的高密度数据中心。
相关研究已经在 Nature 发表：
对此，有网友辣评说，为了你的硬盘资源能完好地传给你的曾曾曾孙，科学家们真的很努力……
那么，这张“超级光盘”到底有多强呢？
在纳米尺度上雕刻数据
存储能力上，它的最大等效容量达到了 1.6Pb，也就是 1600 多 Tb 或将近 168 万 Gb。
而在电商平台上能搜到的硬盘，最大容量不过 20TB（160Tb），只有“超级光盘”的 10%。
这个容量，大概可以储存 3000 小时的高码率（160Mbps）8K 电影。
对此，中国工程院外籍院士顾敏也用时下流行的 ChatGPT 做了解释：
以深度学习模型 GPT 为例，其整个互联网文本大小约为 56PB。
如果用当前广泛使用的 1TB 容量的移动硬盘进行存储，平铺开来需要占据一个操场的面积。
而新的三维纳米光子存储（“超级光盘”采用的技术），可将存储空间节省至一台电脑大小。
即使把容量划分到单位面积上，它的数据密度达到了每平方英寸（6.45 平方厘米）26Tb，比最好的硬盘还多出 23 倍。
“超级光盘”的厚度只有 1.2 毫米，却堆叠了 100 层薄膜介质，还拥有 54nm 点尺寸、70nm 道间距的超高分辨率。
而普通光盘的点尺寸接近微米（1000 纳米）量级，“超级光盘”可谓是在纳米尺度上雕刻数据。
寿命上，研究人员在 130 和 120 摄氏度下对记录点的荧光衰减进行了加速老化测试。
在两种温度下，荧光信息的衰减时间分别为 12 和 26 小时。
据此，研究人员根据 Arrhenius 模型推算，“超级光盘”中的数据能保存超过 41 年，如果加上保护层，寿命还能进一步延长。
而且，“超级光盘”不仅实现了存储设备容量的飞跃，在光学领域同样是一项重要突破。
19 世纪，物理学家恩斯特·阿贝在提出了“衍射极限”的概念，即光学系统在没有其他像差或技术限制的情况下，能够分辨两个接近的点的最小距离。
按照阿贝的理论，衍射极限d=1.22λ/2NA，其中λ为波长，NA 是系统的数值孔径，而“超级光盘”的信息点间距小于按照这一公式计算出的理论值。
那么，研究人员是如何制造出这个“超级光盘”的呢？
堆叠 100 层薄膜材料
“超级光盘”的核心，是一种名为AIE-DDPR的薄膜材料，通过在光敏树脂中掺杂聚集诱导发光染料得到。
这种材料具有高透明度和均匀性，且可以通过飞秒激光束进行光学刺激，实现纳米尺度的聚合和去活化。
AIE 染料在聚集状态下表现出增强的荧光发射，这与许多传统荧光染料在聚集时荧光减弱的特性相反，使得薄膜在被激光束激发时能够产生强烈的荧光信号，例于数据的读取和检测。
此外，AIE-DDPR 存储密度高、环境友好、耐用的优点，并与现有的光盘制造工艺兼容。
首先，将光敏树脂（DTPA，二季戊四醇五丙烯酸酯）与光引发剂（ITX，即2-异丙基硫杂蒽酮）和 AIE 染料（HPS，即六苯基噻咯）混合在有机溶剂中。
然后，将这个混合物在热板上搅拌以确保充分混合，然后在烘箱中加热以去除溶剂，然后将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，以形成均匀且透明的薄膜。固化过程会去除溶剂，使树脂交联形成固态薄膜。
薄膜形成后，就可以进行数据写入了，这里研究人员使用的是双束激光系统。
首先，使用 515 纳米波长的飞秒激光束在薄膜上进行聚焦，通过两光子吸收引发聚合反应，形成记录点。
然后，使用 639 纳米波长的连续波（CW）激光束进行去活化，以抑制周围区域的聚合，从而实现超分辨率的记录点。
这也正是“超级光盘”能够突破衍射极限的关键所在。
最终，研究人员在垂直方向上堆叠 100 层 AIE-DDPR 薄膜，每层之间保持一定的间距，就在有限的空间内实现更高的存储密度。
One More Thing
在提高数据存储密度这件事上，人类的探索从未停止。
在“超级光盘”出现之前，容量最大的光盘是英国科学家 2013 年用玻璃制作的“5D 光盘”。
交叉学科方面，也有生物学家尝试着将 DNA 作为信息的存储载体，并成功将信息“存”进了大肠杆菌。
而进入 AI 爆发的新时代，人工智能或许也将为寻找更高密度的存储介质提供新的思路。
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