超分辨光驅(qū)系統(tǒng)演示

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(shè)備打開海量數(shù)據(jù)庫執(zhí)行任務(wù)。也許在不久的將來，我們不用再跑到圖書館查詢文檔、拿著沉甸甸硬盤拷貝資料，而是輕松在口袋里攜帶一個“大數(shù)據(jù)中心”，隨時像主人公一樣找到需要的數(shù)據(jù)。

北京時間2月25日凌晨，上海理工大學(xué)未來光學(xué)實驗室人工智能納米光子學(xué)中心顧敏院士團(tuán)隊在《科學(xué)進(jìn)展》雜志（《科學(xué)》子刊）發(fā)表題為“基于上轉(zhuǎn)換共振能量轉(zhuǎn)移的納米級光學(xué)寫入技術(shù)”的論文，在光信息存儲技術(shù)領(lǐng)域讓海量數(shù)據(jù)實現(xiàn)“隨身帶”有了可能?！犊茖W(xué)》雜志也作為“研究亮點”報道該成果。

到2025年，全球生成的數(shù)據(jù)總量預(yù)計達(dá)175 ZB（澤字節(jié)，1ZB=10億TB即太字節(jié)），如果存儲于藍(lán)光光盤，光盤堆棧高度將是地球到月球距離的23倍。

信息存儲越來越多，導(dǎo)致大數(shù)據(jù)中心被廣泛使用，其能量消耗巨大，約占全球電力供應(yīng)的3％。且依賴于基于磁記錄的硬盤驅(qū)動器，后者存儲容量有限（單盤片數(shù)據(jù)存儲量最大為2TB），使用壽命一般只有3至5年。利用激光實現(xiàn)的光存儲技術(shù)，有望滿足以上數(shù)據(jù)存儲需求，可以有效節(jié)省成本。過去幾十年，光存儲技術(shù)取得長足進(jìn)步。但是，光的衍射性質(zhì)限制了可達(dá)到的信息位大小，光盤存儲容量仍被限制在幾個TB。

為了解決海量大數(shù)據(jù)光存儲技術(shù)的瓶頸，上海理工大學(xué)顧敏院士團(tuán)隊與澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)、新加坡國立大學(xué)劉曉剛教授團(tuán)隊聯(lián)合開展研究，通過鑭系元素（稀土元素之一）摻雜的熒光上轉(zhuǎn)換納米顆粒和氧化石墨烯結(jié)合，實現(xiàn)低功率的光學(xué)寫入納米級信息位（納米級是指1至100納米的大小，1納米等于1米的十億分之一），為下一代光信息存儲技術(shù)提供了新方案。開發(fā)的亞衍射光學(xué)寫入技術(shù)將大大提高數(shù)據(jù)密度，可生產(chǎn)出在所有可用光學(xué)技術(shù)中具有最大存儲容量的光盤，預(yù)計1張12厘米的光盤數(shù)據(jù)存儲量可達(dá)到700 TB，相當(dāng)于28000張藍(lán)光光盤的存儲量。

納米復(fù)合材料構(gòu)成激光寫入過程

據(jù)上海理工大學(xué)人工智能納米光子學(xué)中心張啟明教授介紹，此技術(shù)使用了新的納米復(fù)合材料，將氧化石墨烯與熒光上轉(zhuǎn)換納米顆粒結(jié)合，使用熒光上轉(zhuǎn)換納米顆粒將亞衍射信息位寫入納米復(fù)合材料，在結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)移來完成，從而降低能耗，延長光學(xué)器件的使用壽命。同時，與傳統(tǒng)光學(xué)寫入技術(shù)使用昂貴且笨重的脈沖激光器相比，此技術(shù)使用便宜的連續(xù)波激光器，大大降低成本。

這一系列創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)為大容量光數(shù)據(jù)存儲技術(shù)提供更便宜、可持續(xù)發(fā)展的解決方案，同時適于光盤的低成本批量生產(chǎn)，應(yīng)用潛力巨大，為解決全球數(shù)據(jù)存儲挑戰(zhàn)開辟了新途徑。

顧敏院士表示，研究只是發(fā)現(xiàn)了降低數(shù)據(jù)存儲能耗的新方式，仍是基礎(chǔ)性研究，“我們要繼續(xù)優(yōu)化特殊材料加工平臺，改善存儲容量、降低能耗和延長存儲信息壽命，進(jìn)一步降低成本，再開始轉(zhuǎn)化應(yīng)用?！?br />

論文的第一作者是上理工博士后、來自意大利的西蒙尼·拉蒙（Simone Lamon）。作為滬江博士后學(xué)者，他將在上海理工大學(xué)博士后流動站工作3年。還在入境隔離期的西蒙尼·拉蒙通過視頻接受采訪稱，決定加入上海理工大學(xué)人工智能納米光子學(xué)中心，是因為該校提供了世界一流的設(shè)施和國際研究環(huán)境，更因為顧敏教授提出了下一代納米光子設(shè)備與人工智能技術(shù)結(jié)合的愿景——“這將掀起社會信息技術(shù)的一場革命！新興的人工智能技術(shù)將會和光存儲技術(shù)緊密結(jié)合，我們的技術(shù)可以應(yīng)用于下一代納米光子器件所需的碳基納米級光刻?！?/p>

來源：人民日報  記者：姜泓冰

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