研究人员实现高密度高可靠性金刚石光学信息存储

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研究人员实现高密度高可靠性金刚石光学信息存储

日期：2024-12-09　　来源：中国科学报（2024-12-04 第1版要闻）

中国科学技术大学杜江峰院士、王亚教授、夏慷蔚教授等，提出并发展了基于金刚石发光点缺陷的四维信息存储技术，其具备面向实际应用所需的高密度、超长免维护寿命、快速读写等关键特性，有望为“数据大爆炸”信息时代急需的新一代绿色高容量信息存储提供解决方案。相关研究成果近日在线发表于《自然-光子学》。

近年来，光学存储技术成为实现高密度存储的重要发展路径之一。然而，纳米材料的稳定性差、信息读写速度慢、误差大以及能耗高等问题，使得光学存储技术在向实际应用转化的过程中面临巨大挑战。

研究团队创新性利用金刚石中一种可精确人工制备的发光点缺陷，应对了上述挑战。研究发现，金刚石中的原子尺度弗兰克尔缺陷具备稳定的发光特性，并能精确调控发光亮度，从而编码数据，成为理想的信息存储单元。得益于金刚石材料的超高硬度和卓越的化学稳定性，存储在金刚石光盘中的数据极为稳定。通过高温测试并结合阿伦尼乌斯定律预测信息单元的稳定性，即使在200℃高温环境下，金刚石中存储的数据寿命也远超百年。同时，该存储无须任何维护，不产生数据存储的能耗。

▲图1（a）金刚石信息存储概念图;（b）多次读出后荧光信号的稳定性表征;（c）高密度堆叠下信息存储单元扫描成像结果;（d）通过荧光强度复用实现的色彩图案存储;（e）实验使用的单个飞秒脉冲表征;（f）通过超分辨显微镜观察单个荧光存储单元尺寸，存储单元荧光信号为负信号；（g）四维信息存储数据展示。（图片来源：中国科学技术大学）

为了实现高密度高可靠性存储，研究人员发展了基于飞秒脉冲加工的快速高精度三维缺陷制备技术，单个飞秒脉冲即可完成对存储单元的制备，信息写入精度高于99.9%，已达到蓝光光盘国家标准。研究人员还进一步发展了二维、三维的并行读出技术，可同时实现上万比特高效读出。当前，存储单元的尺寸可达6纳米，单元间隔在1微米左右，存储密度达到TB每平方厘米量级，比蓝光光盘存储密度提高3个数量级。

研究团队一直致力于固态发光点缺陷的可控制备与高性能器件的开发。近年来，团队成功研发了一系列金刚石器件，此次研究进一步拓展了固态发光点缺陷在新型信息存储领域的应用。

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