中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)杜江峰院士、王亞教授、夏慷蔚教授等，提出并發(fā)展了基于金剛石發(fā)光點(diǎn)缺陷的四維信息存儲(chǔ)技術(shù)，其具備面向?qū)嶋H應(yīng)用所需的高密度、超長(zhǎng)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)代急需的新一代綠色高容量信息存儲(chǔ)提供解決方案。相關(guān)研究成果近日在線發(fā)表于《自然-光子學(xué)》。

       近年來(lái)，光學(xué)存儲(chǔ)技術(shù)成為實(shí)現(xiàn)高密度存儲(chǔ)的重要發(fā)展路徑之一。然而，納米材料的穩(wěn)定性差、信息讀寫速度慢、誤差大以及能耗高等問(wèn)題，使得光學(xué)存儲(chǔ)技術(shù)在向?qū)嶋H應(yīng)用轉(zhuǎn)化的過(guò)程中面臨巨大挑戰(zhàn)。

       研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性利用金剛石中一種可精確人工制備的發(fā)光點(diǎn)缺陷，應(yīng)對(duì)了上述挑戰(zhàn)。研究發(fā)現(xiàn)，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，并能精確調(diào)控發(fā)光亮度，從而編碼數(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和卓越的化學(xué)穩(wěn)定性，存儲(chǔ)在金剛石光盤中的數(shù)據(jù)極為穩(wěn)定。通過(guò)高溫測(cè)試并結(jié)合阿倫尼烏斯定律預(yù)測(cè)信息單元的穩(wěn)定性，即使在200℃高溫環(huán)境下，金剛石中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)壽命也遠(yuǎn)超百年。同時(shí)，該存儲(chǔ)無(wú)須任何維護(hù)，不產(chǎn)生數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的能耗。

       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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。研究人員還進(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)上萬(wàn)比特高效讀出。當(dāng)前，存儲(chǔ)單元的尺寸可達(dá)6納米，單元間隔在1微米左右，存儲(chǔ)密度達(dá)到TB每平方厘米量級(jí)，比藍(lán)光光盤存儲(chǔ)密度提高3個(gè)數(shù)量級(jí)。

       研究團(tuán)隊(duì)一直致力于固態(tài)發(fā)光點(diǎn)缺陷的可控制備與高性能器件的開(kāi)發(fā)。近年來(lái)，團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)了一系列金剛石器件，此次研究進(jìn)一步拓展了固態(tài)發(fā)光點(diǎn)缺陷在新型信息存儲(chǔ)領(lǐng)域的應(yīng)用。

       相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41566-024-01573-1