亚衍射光学写入可实现纳米级数据存储

到 2025 年，全球生成的数据总量预计将达到 175 ZB(1 ZB 等于 10 亿 TB)。如果将 175 ZB 存储在蓝光磁盘上，则堆栈将是到月球距离的 23 倍。迫切需要开发能够容纳如此庞大数据量的存储技术。

存储不断增加的信息量的需求导致数据中心广泛实施大数据。这些中心消耗大量能源(约占全球电力供应的 3%)，并依赖于存储容量(每个磁盘最多 2 TB)和使用寿命(三到五年)有限的基于磁化的硬盘驱动器。支持激光的光学数据存储是满足这种前所未有的需求的一种有前途且具有成本效益的替代方案。然而，光的衍射特性限制了比特可以缩放的大小，从而限制了光盘的存储容量。

USST、RMIT 和 NUS 的研究人员现在已经通过使用富含地球的镧系元素掺杂的上转换纳米粒子和氧化石墨烯薄片克服了这一限制。这种独特的材料平台可实现低功率光学写入纳米级信息位。

在 12 厘米光盘上的估计存储容量为 700 TB，可以实现大大提高的数据密度，相当于 28,000 张蓝光光盘的存储容量。此外，该技术使用廉价的连续波激光器，与使用昂贵且笨重的脉冲激光器的传统光学写入技术相比，降低了运营成本。

该技术还为下一代纳米光子器件开发中的碳基芯片中的纳米结构的光学光刻提供了潜力。

近几十年来，光数据存储取得了长足的进步，但光盘存储容量仍被限制在几 TB 以内。

新的亚衍射光写入技术可以生产出所有可用光学器件中存储容量最大的光盘。虽然需要进步来优化技术，但结果为应对全球数据存储挑战开辟了新途径。该技术适用于光盘的大规模生产，可以为下一代高容量光学数据存储和基于柔性石墨烯的电子产品的节能纳米制造提供更便宜、更可持续的解决方案。

该技术使用一种新的纳米复合材料，将氧化石墨烯薄片与上转换纳米粒子相结合。

氧化石墨烯可以看作是具有不同氧基团的单层石墨。通过消除这些氧基团来还原氧化石墨烯会产生一种称为还原氧化石墨烯的材料，它具有与石墨烯相似的特性。

亚衍射信息位已写入纳米复合材料中，使用上转换纳米颗粒在工程照明下局部还原氧化石墨烯。氧化石墨烯的还原是由激发的上转换纳米粒子通过共振能量转移过程产生的高能量子引起的。

研究人员之所以选择上转换纳米粒子，是因为它们能够使用低激光束强度实现高效的亚衍射光学写入，从而实现低能耗和长光学器件寿命。

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