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福建物构所玻璃陶瓷基高安全性多维度光信息存储介质研究取得进展

2020-02-25 福建物质结构研究所
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  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,传统存储技术不堪重负,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。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扫描读取,光激励发光材料在光存储领域的应用受到业界关注。光激励发光与基质中缺陷的深度和浓度密切相关,为了提高性能,往往需要借助于高温处理在基质中形成浓度较高的深陷阱,而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。光激励发光材料这个“尺度”与“性能”之间的矛盾,使其应用于大容量光存储还面临很大挑战。

  在国家重点研发计划重点专项项目、国家基金面上项目以及福建省科技项目支持下,中国科学院福建物质结构研究所功能纳米结构设计与组装重点实验室研究员王元生和林航带领的光功能材料研究团队采用玻璃热处理可控析晶技术,制备了一种新型光激励发光透明玻璃陶瓷。通过玻璃热处理,诱导非晶玻璃网络结构弛豫和晶化,在玻璃基体中形成了高度有序分布的LiGa5O8: Mn2+纳米晶。由于在刚性玻璃网络中离子迁移率低,LiGa5O8: Mn2+在较低热处理温度下自限性生长,在基质中形成了具有合适深度和浓度的缺陷,因而材料具有良好的光激励发光特性,在一定程度上调和了“尺度”与“性能”之间的矛盾。验证性实验表明,基于该具有光激励发光特性的透明光存储介质,可实现三维空间中如图像、二进制代码等数据的紫外光编码和近红外光解码;通过改变激光器光功率调节光激励发光强度,引入光信息强度维,可赋予不同体像素点不同的灰度值;而通过调控Mn2+局域配位环境,光激励发光颜色宽幅可调,实现了光频复用。据估算,这种光存储介质的理论光存储密度可达~130 Tbit/cm3。值得一提的是,由于数据一经编码后,仅能在特定激发条件或是高热环境下方可解码,因此该光存储模式的安全等级较高。该研究突破了传统光激励发光材料中难以实现纳米尺度分辨率的瓶颈问题,首次验证了该类材料三维光存储的可行性,可望使光存储容量大幅提升;所研制材料兼备强度/光频复用、安全性高、鲁棒性的特点。相关成果以High-Security-Level Multi-dimensional Optical Storage Medium: Nanostructured Glass Embedded with LiGa5O8: Mn2+ with Photostimulated Luminescence 为题,在国际光学刊物Light: Science & Applications上在线发表(Light: Science & Applications, 2020, 10.1038/s41377-020-0258-3)。论文第一作者是博士生林世盛,通讯作者为王元生和林航。

  此前,该团队在光功能玻璃陶瓷材料及应用研究方面取得一系列进展,相关成果相继发表在Laser Photon. Rev. 2019, 13, 1900006; Laser Photon. Rev. 2014, 8, 158; Laser Photon. Rev. 2017, 11, 1700148; Chem. Mater. 2016, 28, 3515; Nano Res. 2019, 12, 1049; ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 22905; ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 21264; ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 21835,并受邀撰写了综述论文(Laser Photon. Rev. 2018, 12, 1700344),受到了国内外同行的广泛关注。

  

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打印 责任编辑:叶瑞优

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