光存储技术基于空间选择性光响应原理，利用光诱导材料发生物理或化学状态变化实现二进制数据(0/1)的编码存储。研究人员已系统探索了光还原、光失活、光折射及光致变色等多种光响应机制。其中，基于电子俘获原理的光致变色材料，在特定波长光照下能够发生可逆的颜色变化。这种颜色与光波长的精准对应关系可直接转换为二进制编码信号，使其成为高密度光存储介质的优势候选体系。近年来，随着智能光学器件和高密度信息存储需求的增长，无机光致变色材料因其广阔的应用前景受到广泛关注，相关研究已取得显著进展。然而，该类材料仍面临光响应速度迟缓、变色对比度不足、色阶调控单一、光谱响应范围窄及作用机制不明确等瓶颈问题，严重制约其实际应用。特别是在大容量光存储领域，材料需同时满足超快光响应、高对比度信息写入和多维信息读取等严苛要求，传统光致变色材料体系已难以适应技术发展需求。
近日，在国家基金委海峡基金重点项目、国家基金面上项目以及福建省杰青项目等支持下，中国科学院福建物构所林航研究员和王元生研究员带领的团队聚焦于该类材料，基于高温固相法成功制备了一种新型快速光致变色铌酸盐陶瓷Ba8Ti3Nb4O24: Pr3+(BTN:Pr3+)，进而基于红外辐射低温快速烧结技术，制成玻璃陶瓷。BTN:Pr3+的晶体结构由一种特殊的立方-六方混合堆积模式组成，内部形成孪晶面，又被称为 “孪晶钙钛矿”，展现的光致变色响应时间低至20 ms，响应速度远快于现行秒级响应无机光致变色材料。结合实验研究和计算，我们推测其快速光致变色响应的特性与材料内部单一类型的色心有关，即载流子无需经历常见多色心情况下的重新分布;而紧密堆积的晶体结构与孪晶面则为载流子提供了快速传输通道。基于上述光致变色特性，我们在BTN:Pr3+陶瓷中成功实现了信息实时写入-显示的可重复擦写操作，并通过演示性实验展示了高速逐位信息光存储与双模式读取功能。
具有独特孪晶钙钛矿结构的Ba8Ti3Nb4O24: Pr3+光致变色材料
来 源：中国稀土网
