中國粉體網(wǎng)訊 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)中國科學(xué)院微觀磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室杜江峰、王亞、夏慷蔚等人在光學(xué)信息存儲(chǔ)領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，提出并發(fā)展基于金剛石發(fā)光點(diǎn)缺陷的四維信息存儲(chǔ)技術(shù)，具備面向?qū)嶋H應(yīng)用所需高密度、超長免維護(hù)壽命、快速讀寫等關(guān)鍵特性，有望為“數(shù)據(jù)大爆炸”信息時(shí)代所亟需的新一代綠色高容量信息存儲(chǔ)提供解決方案。該項(xiàng)研究成果以“Terabit-scale high-fidelity diamond data storage”為題，于11月27日在線發(fā)表在Nature Photonics上。
研究背景
信息時(shí)代已進(jìn)入“大數(shù)據(jù)”階段，海量數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和分析技術(shù)不斷進(jìn)步，正成為推動(dòng)科技發(fā)展的關(guān)鍵力量。然而，當(dāng)前數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)（如磁盤、光盤、固態(tài)硬盤等）的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于數(shù)據(jù)量的增長，存儲(chǔ)容量的瓶頸和高能耗問題已成為制約海量數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一。
通過精確制備納米材料光源并調(diào)控光信號(hào)的強(qiáng)度、波長、偏振等多維度特性，光學(xué)存儲(chǔ)技術(shù)近年來成為實(shí)現(xiàn)高密度存儲(chǔ)的重要發(fā)展路徑之一。
研究成果
本文研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地利用金剛石中一種可精確人工制備的發(fā)光點(diǎn)缺陷，成功解決了納米材料的穩(wěn)定性差、信息讀寫速度較慢、誤差大以及高能耗等問題。
研究顯示，金剛石中的原子尺度弗蘭克爾缺陷具備穩(wěn)定的發(fā)光特性，并能精確制備可控調(diào)節(jié)其發(fā)光亮度來編碼數(shù)據(jù)，成為理想的信息存儲(chǔ)單元。得益于金剛石材料的超高硬度以及其卓越的化學(xué)穩(wěn)定性（如抗酸堿腐蝕等），存儲(chǔ)在金剛石光盤中的數(shù)據(jù)極為穩(wěn)定。通過高溫測試并結(jié)合阿倫尼烏斯定律預(yù)測信息單元的穩(wěn)定性，即使在200℃高溫環(huán)境下，金剛石中數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)壽命可以遠(yuǎn)超百年。同時(shí)，該存儲(chǔ)無需任何維護(hù)（如溫濕度控制等），不產(chǎn)生數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的能耗。
（a）金剛石信息存儲(chǔ)概念圖;（b）多次讀出后熒光信號(hào)的穩(wěn)定性表征;（c）高密度堆疊下信息存儲(chǔ)單元掃描成像結(jié)果;（d）通過熒光強(qiáng)度復(fù)用實(shí)現(xiàn)的色彩圖案存儲(chǔ);（e）實(shí)驗(yàn)使用的單個(gè)飛秒脈沖表征;（f）通過超分辨顯微鏡觀察單個(gè)熒光存儲(chǔ)單元尺寸，存儲(chǔ)單元熒光信號(hào)為負(fù)信號(hào)；（g）四維信息存儲(chǔ)數(shù)據(jù)展示。
其他研究
為了實(shí)現(xiàn)高密度高可靠性存儲(chǔ)，研究人員發(fā)展了基于飛秒脈沖加工的快速高精度三維缺陷制備技術(shù)，單個(gè)飛秒脈沖（約200飛秒）即可完成對(duì)存儲(chǔ)單元的制備，信息寫入精度高于99.9%，已達(dá)到藍(lán)光光盤國家標(biāo)準(zhǔn)。
同時(shí)，還進(jìn)一步發(fā)展了二維、三維的并行讀出技術(shù)，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)上萬比特高效讀出。當(dāng)前，存儲(chǔ)單元的尺寸可達(dá)到69nm（約為波長的十二分之一），單元間隔在1微米左右，存儲(chǔ)密度達(dá)到Terabit/cm3量級(jí)，比藍(lán)光光盤存儲(chǔ)密度提高三個(gè)量級(jí)。
金剛石光盤的寫-讀效果展示。將世界上第一個(gè)計(jì)時(shí)攝影作品《飛馳中的馬》（由埃德沃德·邁布里奇于1878年拍攝）的不同幀數(shù)，通過三維堆疊存儲(chǔ)在金剛石中，并通過讀取形成的動(dòng)畫效果。每一幀的動(dòng)畫數(shù)據(jù)占用金剛石存儲(chǔ)的橫向尺寸為90×70平方微米。
參考來源：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)官網(wǎng)
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41566-024-01573-1
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/輕言）
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