我国学者在高密度高可靠性金刚石光学信息存储方向取得进展

　　

图 金刚石飞秒激光信息写入

　　在国家自然科学基金项目（批准号：T2325023）等资助下，杜江峰院士、王亚教授、夏慷蔚教授及其合作者在高密度高可靠性金刚石光学信息存储取得了新进展。相关成果以“TB量级高保真度金刚石信息存储(Terabit-scale high-fidelity diamond data storage)”为题，于11月27日发表在《自然-光子学》(Nature Photonics)，论文链接：https://www.nature.com/articles/s41566-024-01573-1。

　　信息时代已进入“大数据”阶段，海量数据的采集、存储和分析技术不断进步，正成为推动科技发展的关键力量。对海量数据的应用将在民生、医疗等多个领域产生深远且重大的影响。然而，当前数据存储技术（如磁盘、光盘、固态硬盘等）的发展远远滞后于数据量的增长，存储容量的瓶颈和高能耗问题已成为制约海量数据处理与应用的关键挑战之一。

　　通过精确制备纳米材料光源并调控光信号的强度、波长、偏振等多维度特性，光学存储技术近年来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、信息读写速度较慢、误差大以及高能耗等问题，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。

　　研究团队长期致力于固态发光点缺陷的可控制备与高性能器件的开发。在最新的研究成果中，团队创新性地利用金刚石中一种可精确人工制备的发光点缺陷，成功解决了上述难题。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，并能通过精确制备可控调节其发光亮度来编码数据，成为理想的信息存储单元。得益于金刚石材料的超高硬度以及其卓越的化学稳定性，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，金刚石中数据的存储寿命可以远超百年。同时，该存储无需任何维护，不产生存储数据的能耗。

　　为了实现高密度高可靠性存储，团队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%，已达到蓝光光盘的国家标准。团队还进一步发展了二维、三维的并行读出技术，可同时实现对上万比特数据的高效读出。当前，存储单元的尺寸可达到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高三个数量级。这项技术有望为“数据大爆炸”时代所亟需的新一代绿色高容量信息存储提供方案。