在科幻片里我們常看到這樣一個場景，主人公從口袋里掏出微型設備，打開海量數據庫執行任務。倘若在不久的將來，我們不用再專門跑到圖書館查詢文檔，或是拿著沉甸甸的硬盤拷貝數據資料，而是輕松地在口袋里攜帶一個“大數據中心”，隨時找到需要的數據，這將是多棒的體驗？

2月25日，上海理工大學未來光學實驗室人工智能納米光子學中心顧敏院士團隊在Science子刊Science Advances（《科學進展》）雜志上發表高水平論文，在光信息存儲技術領域讓上述海量數據實現“隨身帶”有了可能。

據了解，到2025年，全球生成的數據總量預計達到175 ZB（澤字節，1 ZB等于10億TB即太字節），如果將這么多數據存儲在藍光光盤上，則光盤堆棧的高度將是地球到月球距離的23倍，開發能夠容納如此大量數據的存儲技術迫在眉睫。

不斷增長的信息存儲需求導致大數據中心的廣泛使用，這些數據中心能量消耗巨大，約占全球電力供應的3％，且依賴于基于磁記錄的硬盤驅動器，該硬盤驅動器的存儲容量有限，單盤片數據存儲量最大為2 TB，使用壽命一般只有3至5年。利用激光實現的光存儲技術有望滿足以上數據存儲需求，同時可以有效節省成本，在讀寫、儲存時能夠降低巨大能耗，且使用壽命長達20年左右。在過去的幾十年中，光存儲技術取得了長足進步。但光的衍射性質卻限制了可達到的信息位大小，限制了光盤的存儲容量，光盤存儲容量仍被限制在幾個TB。

對此，上海理工大學顧敏院士團隊與澳大利亞皇家墨爾本理工大學、新加坡國立大學劉曉剛教授團隊聯合開展研究，論文“基于上轉換共振能量轉移的納米級光學寫入技術（Nanoscale optical writing through upconversion resonance energy transfer）”發表于Science子刊Science Advances（《科學進展》）上，研究的實驗工作由上理工博士后西蒙尼·拉蒙（Simone Lamon）完成。

據上理工顧敏院士團隊介紹，這是一項旨在解決海量大數據光存儲技術瓶頸的研究，此研究通過鑭系元素（稀土元素之一）摻雜的熒光上轉換納米顆粒和氧化石墨烯結合，實現低功率的光學寫入納米級信息位（納米級是指1至100納米的大小，其中1納米等于1米的十億分之一），為下一代光信息存儲技術提供了新的方案。研究所開發的亞衍射光學寫入技術將大大提高數據密度，可以生產出在所有可用光學技術中具有最大存儲容量的光盤，預計1張12厘米的光盤數據存儲量可以達到700 TB，相當于28000張藍光光盤的存儲量。此外，此技術使用一種新的納米復合材料，將氧化石墨烯與熒光上轉換納米顆粒結合在一起，使用熒光上轉換納米顆粒將亞衍射信息位寫入納米復合材料，在結構光照明下局部還原氧化石墨烯，還原氧化石墨稀的過程通過共振能量轉移來完成，從而降低能耗，延長光學器件的使用壽命。同時，與傳統光學寫入技術使用昂貴且笨重的脈沖激光器相比，此技術使用便宜的連續波激光器，大大降低了成本。

作為此篇論文的第一作者，西蒙尼·拉蒙目前是上海理工大學人工智能納米光子學中心博士后，他表示，之所以決定加入上理工人工智能納米光子學中心，是因為顧敏教授提出了下一代納米光子設備與人工智能技術結合的愿景，這將掀起社會信息技術的一場革命。而作為上理工國際化人才布局的重要組成部分，學校也為來校參與科研創新的國際人才和團隊提供了世界一流的設施和國際研究環境。“未來，我們的研究將致力于進一步優化特殊材料加工平臺，用以改善存儲容量、降低能耗和延長存儲信息壽命，從而實現可持續發展的數據存儲技術。我們的技術可以應用于下一代納米光子器件所需的碳基納米級光刻。”西蒙尼·拉蒙表示。

由此可見，這一系列創新發現為大容量光數據存儲技術提供了更便宜、可持續發展的解決方案，同時適于光盤的低成本批量生產，應用潛力巨大，為解決全球數據存儲挑戰開辟了新途徑。鑒于此研究成果的重要性，Science 主刊也作為Research Highlight報導此研究成果。

來源：第一教育  記者：臧鶯

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