在科幻片里我们常看到这样一个场景，主人公从口袋里掏出微型设备打开海量数据库执行任务。倘若在不久的将来，我们不用再专门跑到图书馆查询文档、拿着沉甸甸的硬盘拷贝数据资料，而是轻松地在口袋里携带一个“大数据中心”，随时像主人公一样找到需要的数据，这将是多棒的体验？
2月25日，学校未来光学实验室人工智能纳米光子学中心顾敏院士团队在《科学》（Science）子刊《科学进展》（Science Advances）杂志上发表高水平论文，在光信息存储技术领域让上述海量数据实现“随身带”有了可能。
到2025年，全球生成的数据总量预计达到175 ZB（泽字节，1 ZB等于10亿TB即太字节），如果将这么多数据存储在蓝光光盘上，则光盘堆栈的高度将是地球到月球距离的23倍，开发能够容纳如此大量数据的存储技术迫在眉睫。
不断增长的信息存储需求导致大数据中心的广泛使用，这些数据中心能量消耗巨大（约占全球电力供应的3％），且依赖于基于磁记录的硬盘驱动器，该硬盘驱动器的存储容量有限（单盘片数据存储量最大为2 TB），使用寿命一般只有3至5年。利用激光实现的光存储技术有望满足以上数据存储需求，同时可以有效节省成本。在过去的几十年中，光存储技术取得了长足进步。但是，光的衍射性质限制了可达到的信息位大小，限制了光盘的存储容量，光盘存储容量仍然被限制在几个TB。
对此，上海理工大学顾敏院士团队与澳大利亚皇家墨尔本理工大学、新加坡国立大学刘晓刚教授团队联合开展研究，论文“基于上转换共振能量转移的纳米级光学写入技术（Nanoscale optical writing through upconversion resonance energy transfer）”发表于《科学》（Science）子刊《科学进展》（Science Advances）上，研究的实验工作由上理工博士后西蒙尼·拉蒙（Simone Lamon）完成。
这是一项旨在解决海量大数据光存储技术瓶颈的研究，此研究通过镧系元素（稀土元素之一）掺杂的荧光上转换纳米颗粒和氧化石墨烯结合，实现低功率的光学写入纳米级信息位（纳米级是指1至100纳米的大小，其中1纳米等于1米的十亿分之一），为下一代光信息存储技术提供了新的方案。研究所开发的亚衍射光学写入技术将大大提高数据密度，可以生产出在所有可用光学技术中具有最大存储容量的光盘，预计1张12厘米的光盘数据存储量可以达到700 TB，相当于28000张蓝光光盘的存储量。此外，此技术使用一种新的纳米复合材料，将氧化石墨烯与荧光上转换纳米颗粒结合在一起，使用荧光上转换纳米颗粒将亚衍射信息位写入纳米复合材料，在结构光照明下局部还原氧化石墨烯，还原氧化石墨稀的过程通过共振能量转移来完成，从而降低能耗，延长光学器件的使用寿命。同时，与传统光学写入技术使用昂贵且笨重的脉冲激光器相比，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。鉴于此研究成果的重要性，Science 主刊也作为Research Highlight报导此研究成果。
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Science Advances