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上海理工等:亚衍射光学写入可在纳米级存储知识 精选

已有 5128 次阅读 2021-2-28 22:09 |个人分类:新科技|系统分类:博客资讯

上海理工等:亚衍射光学写入可在纳米级存储知识

诸平 

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据上海理工大学(University of Shanghai for Science and Technology, USST2021226提供的消息,中国上海科技大学(USST)与澳大利亚墨尔本皇家理工大学(Royal Melbourne Institute Of Technology, RMIT)、新加坡国立大学(National University of Singapore, NUS)的研究人员合作,开发出通过上转换共振能量转移的纳米级光学书写。相关研究结果于2021224日已经在《科学进展》(Science Advances)网站发表——S. Lamon, Y. Wu, Q. Zhang, X. Liu, M. Gu. Nanoscale optical writing through upconversion resonance energy transfer. Science Advances, Publication: 24 Feb 2021, Vol. 7, No. 9, eabe2209. DOI: 10.1126/sciadv.abe2209

2025年,全球生成的信息总量预计将达到175 ZB1 ZB equals 1 billion terabytes)。如果将175 ZB保存在蓝光光盘(Blu-ray disks)上,则堆栈可能是到达月球的23个实例。所以,迫切需要开发可容纳大量信息的存储应用科学。

零售商对知识量的需求不断增长,这导致了大规模知识信息设施的广泛实施。这些设施会消耗大量的活力(约占全球电能的3%),并且依赖于基于磁化的硬盘驱动器,该硬盘驱动器的存储能力受到限制(每个磁盘的存储能力充其量只有2 TB),使用寿命也只有三至五年。为了满足这种空前的需求,启用激光的光学知识存储,是一种有前途且具有成本效益的存储方式。然而,日光的衍射性质限制了比特可缩放的规模,因此限制了光盘的存储能力。

USSTRMITNUS的研究人员现在已经通过利用富含稀土元素的镧掺杂上转换纳米颗粒(earth-rich lanthanide-doped upconversion nanoparticles)和氧化石墨烯薄片(graphene oxide flakes)克服了这一局限性。这个独特的材料平台允许低功率光学写入纳米级信息位元(nanoscale info bits)。

估计在12 cm光盘上的700 TB的存储能力,可以达到大大提高的知识密度,类似于28000个蓝光光盘的存储能力。而且,该专有技术利用便宜的连续波激光器,与使用昂贵且笨重的脉冲激光器的传统光学写入策略相比,降低了工作价格。这一专有技术还为下一代纳米光子小器件的碳基芯片中纳米结构的光刻提供了潜力。

印象(The impression

光学知识存储在最近很长一段时间内具有显著的优越性,但是光盘存储能力仍被限制在几TB之内。

新的亚衍射光学书写技术(sub-diffraction optical writing know-how)可以生产出一种在所有现有光学产品中具有最大存储能力的光盘。希望取得进步以优化技术诀窍,而结果则为处理信息存储的世界性问题开辟了新的途径。该技术适合于光盘的大规模制造,并将为后续的大容量光学知识存储技术和基于电子的多用途石墨烯的高效纳米制造技术提供更廉价、更可持续的解决方案。

工作方式(The way it works

该技术诀窍利用了一种全新的纳米复合材料,该材料将氧化石墨烯薄片与上转换纳米颗粒混合在一起。氧化石墨烯可以被看作是一层石墨,里面有完全不同的氧基团。通过消除这些氧原子团来降低氧化石墨烯的含量,会产生一种被称为氧化石墨烯的纤维,这种纤维具有与石墨烯相关的特性。

在工程照明下,利用上转换纳米粒子在其内将氧化石墨烯的尺寸缩小,从而在纳米复合材料中写入了亚衍射信息位。氧化石墨烯的折扣是通过共振活力转换技术在激发的上转换纳米颗粒内产生的高能量子引起的。研究人员之所以选择上转换纳米颗粒,是因为它们可以利用低激光束深度实现环境友好的亚衍射光学写入,从而降低了活力消耗,延长了光学设备的使用寿命。上述介绍仅供参考,更多信息请注意浏览原文或者相关报道

Abstract

Nanoscale optical writing using far-field super-resolution methods provides an unprecedented approach for high-capacity data storage. However, current nanoscale optical writing methods typically rely on photoinitiation and photoinhibition with high beam intensity, high energy consumption, and short device life span. We demonstrate a simple and broadly applicable method based on resonance energy transfer from lanthanide-doped upconversion nanoparticles to graphene oxide for nanoscale optical writing. The transfer of high-energy quanta from upconversion nanoparticles induces a localized chemical reduction in graphene oxide flakes for optical writing, with a lateral feature size of ~50 nm (1/20th of the wavelength) under an inhibition intensity of 11.25 MW cm−2. Upconversion resonance energy transfer may enable next-generation optical data storage with high capacity and low energy consumption, while offering a powerful tool for energy-efficient nanofabrication of flexible electronic devices.



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1 黄永义

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