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我国亚衍射光学写入技术实现纳米级信息位存储

如今信息加速爆炸的时代,基于磁存储的大数据中心面临高能耗、高碳排放以及速度、安全等挑战。

上海理工大学未来光学实验室人工智能纳米光子学中心顾敏院士团队基于上转换共振能量转移的纳米级光学写入技术,实现低功率的光学写入纳米级信息位,不仅大大提高了信息存储密度,还能够降低能耗,延长光学器件使用寿命。该技术发明于北京时间2月25日凌晨发表在国际权威期刊《科学》子刊《科学进展》上。

记者获悉,该研究将解决海量大数据光存储技术瓶颈。光存储技术是通过一束激光聚焦刻下数据,但是光存储技术存在衍射极限,就是光无法做到无限聚焦。该特性限制了光存储技术可达到的信息位大小,限制了光盘的存储容量,光盘存储容量被限制在几个TB。后来,德国科学家Stefan Hell通过在系统中引入第二束光起到“擦除”作用,提高了显微镜系统的分辨率,突破了光的衍射极限。

受上述科学家启发,顾敏团队加入第二束光的方式突破了衍射极限。起到关键作用的是一种新的纳米复合材料应用,即荧光上转换纳米颗粒与氧化石墨烯结合。其原理是,首先由红外激光激发荧光上转换颗粒,通过共振能量转移,将氧化石墨烯还原为接近石墨烯的材料。另一束红外激光的作用下抑制能量转移过程,相当于一块橡皮擦“擦除”掉周边多余能量,从而缩小记录点尺寸。

据估算,该技术方案能够将信息记录尺度从几百纳米缩小到100纳米之内,将使单张光盘存储容量从TB级提高到PB级(1PB=1024TB)。一张12厘米的光盘数据存储量可以达到700TB,相当于28000张蓝光光盘的存储量。也就是说,一个足球场大小的数据中心可以用一张光盘代替实现海量信息“随身带”。而且,此技术使用便宜的连续波激光器,大大降低了成本。这一系列创新发现为大容量光数据存储技术提供更便宜、可持续发展的解决方案,同时适于光盘的低成本批量生产,应用潜力巨大,为解决全球数据存储挑战开辟了新途径。