上海理工顾敏院士团队追逐光刻“极值”发明纳米光学写入创新技术
发布时间：2021-02-25 来源：新民晚报
图说：上海理工大学顾敏院士 团队创新开发亚衍射光学写入技术 来源/新民晚报实习生 陈晓 摄
28000张蓝光光盘的储存量大约有700太字节（TB），这些海量数据将能够全部存储进一张直径仅为12厘米的光盘。今天凌晨3时，《科学（Science）》杂志子刊《科学进展（Science Advances）》上发表了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的一项科研进展——《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）》，团队创新开发的亚衍射光学写入技术，能将“光之笔”落到精细如同头发丝万分之一微小的记录点，大大突破现有数据密度极值，可以生产目前最大存储容量的光盘。这项技术将可应用于下一代纳米光子器件所需的碳基纳米级光刻。
图说：纳米复合材料构成与激光写入过程 来源/采访对象供图
据预测，到2025年全球生成的数据总量预计达到175泽字节（ZB），据工信部消息，仅今年春节7天假期我国移动互联网流量就达到了357.3万太字节，比去年增长了23.4%。信息存储需求不断增长，然而大数据中心能量消耗巨大（约占全球电力供应的3％），当前普遍使用的磁记录硬盘驱动器的存储容量有限且使用寿命只有3至5年。因此，寿命长、能耗低、成本低的光储存技术备受期待。然而这项始于20世纪70年代的技术受到光本身的衍射特性限制，尽管已有巨大发展，数据密度难以突破，光盘存储容量仍然被限制在几个太字节。
上理工教授张启明介绍，团队研发了一个全新的全固态、超低能量、超分辨光刻技术，开发制备一种掺杂镧系元素（稀土元素之一）的纳米复合材料颗粒，并结合氧化石墨烯，能够有效缩小记录点尺寸，突破密度上限；而同时也能够实现低功率的纳米级信息位光学写入，这意味着无需昂贵笨重的脉冲激光器，电脑光驱那样的连续波激光器就够用了，大大降低了成本，器件寿命也将延长。
图说：上海理工大学人工智能纳米光子学中心实验室 来源/新民晚报实习生 陈晓 摄
“我们始终瞄准降低能耗、提升寿命的方向，坚持着光储存技术的推进。目前的工作完成了‘0-1’的阶段，为下一代光信息存储技术提供了一种全新的方案，但这是不够的。”顾敏院士说，“我们已将单点写读能量降低了100倍，接下来还要降低百倍，同时还要进行工程样机的研发，才能将这项大容量光数据存储技术真正从实验室推向应用。”
该研究由上理工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，研究的实验工作由上理工博士后西蒙尼·拉蒙（Simone Lamon）完成。据悉，该技术也适于光盘的低成本批量生产，为解决全球数据存储挑战开辟新途径。
