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撰稿 | 王元生
导读
研究背景
人类文明的传承依赖于海量文字、图片、视频和音频等信息的存储。随着存储信息量日渐庞大，传统存储行业不堪重负，引发了人们对新型存储介质及存储模式的不断探索。目前，传统磁存储正逐渐被能耗更低、容量更大、使用寿命更长的光存储所代替。然而，受制于光学衍射极限及二维存储模式，光存储介质的存储容量难以超越1 TB。
为此，研究人员提出了两种行之有效的解决方案：
其一是利用近/远场超分辨技术克服光学衍射极限；
另一种是利用多路复用技术拓展存储维度。
无论是哪种技术，光与物质在纳米尺度上的相互作用均是实现高容量光存储的前提。有鉴于此，研究人员开发出各种在光作用下发生物理/化学状态改变的光存储纳米材料，如贵金属纳米晶、氧化石墨烯、半导体量子点、稀土离子掺杂纳米晶等。但是，这些材料成本昂贵，制备工艺复杂；而且，纳米晶必须分散于有机基体中形成块材，在长时间激光重复写入/读取过程中有机基体极易因老化、变形而失效，因而实际应用受限。另一方面，作为一类经典的光存储介质——光激励发光材料，自问世以来即受到人们关注，其光存储机制为受激后电子/空穴在基质缺陷中的俘获（写入）和释放（读取）。美国Quantex公司首先证明了该类材料应用于光存储的有效性，并将其应用延伸至布林逻辑运算和联想记忆等。
近年来，借助于激光技术的发展，利用紫外/蓝光激光逐点写入和近红外激光全局扫描读取，光激励发光材料在光存储领域的应用前景更加明朗。但必须指出，其应用于“大容量”光存储还面临挑战——“尺度”与“性能”之间不可调和的矛盾！一方面，光激励发光性能取决于基质中缺陷的深度和浓度，往往需要借助于高温方可在基质中形成浓度较高的深陷阱；而另一方面，高温将导致颗粒粗化，难以实现大容量光存储所需的纳米级分辨率。
创新研究
（a）叠层结构玻璃陶瓷光存储介质构成示意图和实验中光信息编码/解码过程。
（b）利用808 nm近红外激光（功率密度1.3 W/mm²）在三维空间中写入/读取“C”,“A”和“S”的二进制编码（照片为透过750 nm短波通滤波片拍摄所得）。
（c）利用热激励（150 °C）展示在三维空间写入不同层的爱因斯坦头像。
（d）光频复用：利用热激励展示由4种具有不同发光颜色玻璃陶瓷拼接的特定图像。通过热激励展示写入的汉字“吉祥如意”、“福建物质结构研究所”的英文缩写和二维码。
作者介绍
王元生 研究员, 博士生导师，中科院福建物构所学术/学位委员会成员。
1982年7月中国科技大学物理系学士；1985年9月中科院固体物理研究所硕士；1989年3月中国科技大学理学博士；1990年9月-1992 年2月，法国国家科研中心热力学与冶金物理化学实验室博士后。
承担了国家基金项目、中英新能源合作项目、国家科技攻关项目、中科院方向性项目、福建省科技重大专项等一批重点研究课题。
主要研究方向：
1. 面向LED/光伏等应用的光功能纳米材料；
2. 纳米光电材料的结构调控与物性研究。
文献链接：
https://www.nature.com/articles/s41377-020-0258-3
文章来源： 中科院长春光机所 | Light学术出版中心
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