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，我們不必再拿著沉甸甸的硬盤拷貝數據資料，而能輕松地在口袋里攜帶一個“大數據中心”，這將是多棒的體驗？
北京時間2月25日，上海理工大學傳來好消息：未來光學實驗室人工智能納米光子學中心顧敏院士團隊，論文“基于上轉換共振能量轉移的納米級光學寫入技術”發表于Science子刊Science Advances，在光信息存儲技術領域讓海量數據實現“隨身帶”有了可能。
據顧敏院士介紹，到2025年，全球生成的數據總量預計達到175ZB（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，不僅存儲容量有限，使用壽命一般僅3至5年。
“在過去的幾十年中，光存儲技術取得了長足進步。但是，光的衍射性質限制了可達到的信息位大小，限制了光盤的存儲容量，至今仍被限制在幾個TB。”顧敏院士直言，利用激光實現的光存儲技術有望解決此前的技術瓶頸，同時可以有效節省成本。
研究團隊通過鑭系元素（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700TB，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。
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。
這一系列創新發現為大容量光數據存儲技術提供更便宜、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。
該研究工作由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研究完成。
來源：文匯 記者：李晨琰
原文鏈接：http://wenhui.whb.cn/zhuzhanapp/xue/20210225/393326.html?timestamp=1614232815079
