研究人员提出了基于原子尺度缺陷的永久数据存储新途径

研究人员提出了基于原子尺度缺陷的永久数据存储新途径 通过聚焦离子束将信息写入光学活性原子缺陷（左图），并利用阴极发光或光致发光（右图）读取信息。资料来源：M. Hollenbach, H. Schultheiß研究小组在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）杂志上报告说，这些缺陷是由聚焦离子束产生的，具有空间分辨率高、写入速度快、存储单个比特能量低等特点。据最新估计，每天产生的新数据约为 3.3 亿 TB，仅在过去两年中就产生了全球 90% 的数据。如果说单纯的数字已经表明需要先进的数据存储技术，那么这绝不是与这一发展相关的唯一问题。当前存储介质的存储时间有限，需要在几年内进行数据迁移，以避免数据丢失。HZDR 离子束物理与材料研究所的 Georgy Astakhov 博士说："除了陷入永久数据迁移程序之外，这还大大增加了能源消耗，因为在此过程中会消耗大量能源。"为了缓解这一迫在眉睫的危机，Astakhov 的团队现在引入了一种基于碳化硅原子级缺陷的长期数据存储新概念。这些缺陷由聚焦的质子或氦离子束造成，并利用与缺陷相关的发光机制进行读取。传统存储设备如何受物理学制约目前，磁性存储器是追求大容量的数据存储解决方案的首选，但物理定律为可实现的存储密度设定了限制。要提高存储密度，就必须缩小磁性颗粒的尺寸。但这样一来，材料中的热波动和扩散过程就变得越来越重要，对存储时间的影响也越来越大。调整材料的磁性可能会抑制这种影响，但这是有代价的：存储信息的能量更高。同样，光学设备的性能也受到物理定律的制约。由于所谓的衍射极限，最小记录位的大小受到限制：它不能小于光波长的一半，这就设定了最大存储容量的极限。出路在于多维光学记录。碳化硅具有原子尺度的缺陷，尤其是晶格部位没有硅原子。这些缺陷是由聚焦的质子或氦离子束产生的，具有空间分辨率高、写入速度快、存储单个比特的能量低等特点。光学介质固有的存储密度衍射限制同样适用于这种的情况。研究人员通过 4D 编码方案克服了这一限制。在这里，通过控制横向位置和深度以及缺陷数量，实现了三个空间维度和额外的第四个强度维度。然后，他们通过光激发引发的光致发光来读出存储的数据。此外，通过聚焦电子束激发可观察到阴极发光，从而大大提高了存储密度。世代存储数据怎样实现根据介质保存的环境条件，存储的信息可能会再次从缺陷中消失，但考虑到他们的材料，科学家们等到了一个好消息。Astakhov说："这些缺陷的失活与温度有关，这表明在环境条件下，这些缺陷的保留时间最短可达几代。还有更多。利用近红外激光激发、现代编码技术和多层数据存储（即在多达十层碳化硅层上相互堆叠），研究小组达到了与蓝光光盘相当的面积存储密度。在数据读出时，改用电子束激发而不是光学激发，这种方式所能达到的极限相当于目前报道的原型磁带的记录面积存储密度，但存储时间更短，能耗更高。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

中科院上海光机所等在超大容量超分辨三维光存储研究中取得突破

中科院上海光机所等在超大容量超分辨三维光存储研究中取得突破 该团队依托于丰厚的研究基础和创新技术方案，基于双光束超分辨技术及聚集诱导发光存储介质，在信息写入和读出均突破了衍射极限的限制，实现了点尺寸为54nm、道间距为70nm的超分辨数据存储，并完成了100层的多层记录，单盘等效容量约 1.6 Pbit。经老化加速测试，光盘介质寿命大于40年。 发表在《自然》（Nature）上。

上海科技大学研发出高密度光盘技术 可在100层结构中存下200TB数据

上海科技大学研发出高密度光盘技术 可在100层结构中存下200TB数据 上海科技大学的研究人员开发出一种光盘，其数据容量超过 1 petabit，相当于 100 TB 以上。虽然这项技术主要是为企业使用而提出的，但在克服了重大障碍之后，消费者层面也有可能获得这项技术。科学家们通过采用三维平面记录结构，大大提高了光盘的容量。该技术使用了一种高度透明、均匀的光刻胶薄膜，其中掺杂了聚集诱导发射染料，并受到飞秒激光的刺激。这样就可以在一张与 DVD 或蓝光光盘厚度相同的光盘上，以一微米的间距排列数百层。最先进的蓝光光盘最多可支持四层，通常可存储约 100GB的数据。相比之下，研究人员声称，他们的新格式可以在光盘两面各记录 100 层，总容量达 1.6 petabits，或约 200 TB。将许多 Petabit 存储介质堆叠在一起，可将 exabit 数据中心的规模缩小到目前典型规模的一小部分。整合服务器还能大幅降低热量和能耗。此外，利用超大容量光盘还能简化数据迁移过程，最大限度地减少迁移需求。另一个潜在优势是使用寿命长研究人员称，Petabit 光盘的使用寿命可达 50 到 100 年。虽然这种新介质可以与当前的光盘技术兼容，但研究人员尚未开发出快速、经济的驱动器。如果出现了这种驱动器，新光盘存储的数据量就可以与数十个硬盘驱动器、2000 张 PlayStation 5 游戏光盘或类似数量的 4K 蓝光光盘相媲美。除了媒体播放，开发人员还认为，Petabit 光盘还能让个人或家庭拥有数据中心，将所有重要信息存储在家中的一个硬盘上，而不是多个设备和云服务器上。其他新型大容量存储方法也在研究之中。2021 年，南安普顿大学的研究人员提出了一种在玻璃光盘上存储数据的"5D"方法。利用节能激光，该技术可以在 DVD 大小的光盘上存储 500TB 的数据，但还需要提高读写速度。 ... PC版： 手机版：

硬盘制造商计划在未来十年内通过多层堆栈实现120TB的存储容量

硬盘制造商计划在未来十年内通过多层堆栈实现120TB的存储容量 HAMR（热辅助磁记录）技术中的多层记录技术是研究人员旨在大幅提高存储容量的一种新方法。他们计划利用由断裂层隔开的双纳米粒状薄膜来实现这一目标，这样就可以根据各自的磁场和温度在不同的层上分别进行磁记录。通过将 HAMR 平台分为多层，不仅可以提高数据存储容量，而且两层都可以独立存在，有助于数据处理和访问等流程。每个颗粒层都会有各自的居里温度限制，也就是颗粒层从铁磁特性转变为顺磁特性的点。正因为如此，研究人员认为，他们有可能从 10 块硬盘驱动器中实现高达 120 TB 的容量，这是很了不起的，因为现在我们正处于"大数据"时代，对海量存储的需求正在快速增长，尤其是在人工智能领域，训练工作都是围绕海量数据进行的。目前，这只是一个提议，我们还不能确定能否在规定的时间内达到存储基准。不过，这确实表明，在现有的创新步伐下，摆脱传统方法是保证成功的唯一途径。在存储行业，多层媒体设备是前进的方向，但目前在这一领域缺乏研发，因此不会立即得到采用。 ... PC版： 手机版：

研究人员开发出一种新型相变存储器 结合DRAM和NAND的优点

研究人员开发出一种新型相变存储器 结合DRAM和NAND的优点 DRAM 速度快但易挥发，这意味着当电源被切断时（比如当你关闭电脑时），存储在其中的数据就会消失。而NAND 闪存（如固态硬盘中使用的闪存）即使断电也能保留数据，但速度又明显慢于 DRAM。PCM 既快又不会丢失数据，但传统上制造成本高，耗电量大（将相变材料熔化成非晶态需要热量，这就影响了能效）。早期解决高功耗问题的方法主要是通过尖端光刻技术缩小整个设备的物理尺寸。但改进效果微乎其微，而且在更小的技术上制造所增加的成本和复杂性也不合理。Shinhyun Choi 教授和团队设计了一种方法，只缩小直接参与相变过程的元件，从而制造出可相变的纳米丝。与使用昂贵的光刻工具制造的传统相变存储器相比，这种新方法将功耗降低了 15 倍，而且制造成本也低得多。新型相变存储器保留了传统存储器的许多特性，如速度快、开/关比率大、变化小以及多级存储器特性。Choi说，他们希望研究成果能成为未来电子工程的基础，并能惠及高密度三维垂直存储器、神经形态计算系统、边缘处理器和内存计算系统等应用。该团队的研究成果发表在本月早些时候出版的《自然》杂志上，论文标题为《通过相变自约束纳米丝实现相变记忆》： ... PC版： 手机版：

希捷为未来的120TB硬盘开发双层热辅助磁记录技术

希捷为未来的120TB硬盘开发双层热辅助磁记录技术 希捷最近推出了其Mozaic 3+ 存储平台，该平台为 30TB 硬盘驱动器实施了 HAMR 技术。这家美国存储巨头目前正与索尼合作开发新型 HAMR 写头，以满足技术行业不断增长的存储需求。在不久的将来，希捷可能需要为其 HAMR 产品探索双层磁性介质等未知领域。希捷、NIMS 和东北大学的研究人员最近在《Acta Materialia》上发表了一项研究，提出了一种可在多层配置中工作的 HAMR 存储新方法。通过在同一磁性介质的多层上记录比特，下一代 HAMR 磁头可以实现前所未有的磁区密度，有可能在单个硬盘中提供 60TB 甚至 120TB 的存储空间。研究强调，从工业 4.0 到 5.0 的数字化转型带来了大数据的显著增长，从而导致对数字数据存储的需求增加。硬盘作为数据中心的主要存储设备，继续在行业中发挥着重要作用。随着大型语言模型、人工智能聊天机器人和数据紧缩 ML 算法的兴起，预计未来几年对存储的需求将激增。多层记录在存储行业并不是一个新概念。现在，蓝光和超高清蓝光等光盘可以在单个磁盘上存储两层、三层甚至四层的大量数据。同样，固态硬盘（SSD）中的 NAND 闪存单元可以在同一垂直空间中存储一个以上的比特。虽然过去曾有人提出过多层磁性介质，但实际产品尚未出现在消费市场。新研究提出的解决方案涉及两层 FePt-C 纳米粒状薄膜，中间由具有立方晶体结构的 Ru-C"断裂"层隔开。通过调整 HAMR 磁头施加的磁场和温度水平，两个 FePt-C PMR 薄膜可以在同一垂直空间内可靠地存储不同的比特。研究人员利用磁性测量和热辅助磁记录模拟测试了他们的想法，证明双层存储介质可以在硬盘封装内有效发挥作用。此外，多层介质还能在同一盘片上实现 3 级甚至 4 级磁记录。 ... PC版： 手机版：