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IT之家 11 月 29 日消息，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)于 11 月 27 日發(fā)布博文，宣布中科院微觀磁共振重點實驗室在光學(xué)信息存儲領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，實現(xiàn)高密度高可靠性金剛石光學(xué)信息存儲。

項目團(tuán)隊

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)中國科學(xué)院微觀磁共振重點實驗室杜江峰、王亞、夏慷蔚等人在光學(xué)信息存儲領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，提出并發(fā)展基于金剛石發(fā)光點缺陷的四維信息存儲技術(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”信息時代所亟需的新一代綠色高容量信息存儲提供解決方案。

這項研究成果以《Terabit-scale high-fidelity diamond data storage》為題，于 11 月 27 日在線發(fā)表在《Nature Photonics》上。

項目背景

信息時代已進(jìn)入“大數(shù)據(jù)”階段，海量數(shù)據(jù)的采集、存儲和分析技術(shù)不斷進(jìn)步，正成為推動科技發(fā)展的關(guān)鍵力量。對海量數(shù)據(jù)的應(yīng)用將在民生、醫(yī)療等多個領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)且重大的影響。

然而，當(dāng)前數(shù)據(jù)存儲技術(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)控光信號的強(qiáng)度、波長、偏振等多維度特性，光學(xué)存儲技術(shù)近年來成為實現(xiàn)高密度存儲的重要發(fā)展路徑之一。

然而，納米材料的穩(wěn)定性差、信息讀寫速度較慢、誤差大以及高能耗等問題，使得光學(xué)存儲技術(shù)在向?qū)嶋H應(yīng)用轉(zhuǎn)化的過程中面臨巨大挑戰(zhàn)。

研究成果簡介

本文研究團(tuán)隊創(chuàng)新性地利用金剛石中一種可精確人工制備的發(fā)光點缺陷，成功解決了上述系列挑戰(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單元。

得益于金剛石材料的超高硬度（為自然界最堅硬材料之一）以及其卓越的化學(xué)穩(wěn)定性（如抗酸堿腐蝕等），存儲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)的存儲壽命可以遠(yuǎn)超百年。同時，該存儲無需任何維護(hù)（如溫濕度控制等），不產(chǎn)生數(shù)據(jù)存儲的能耗。

（b）多次讀出后熒光信號的穩(wěn)定性表征;

（c）高密度堆疊下信息存儲單元掃描成像結(jié)果;

（d）通過熒光強(qiáng)度復(fù)用實現(xiàn)的色彩圖案存儲;

（e）實驗使用的單個飛秒脈沖表征;

（f）通過超分辨顯微鏡觀察單個熒光存儲單元尺寸，存儲單元熒光信號為負(fù)信號；

（g）四維信息存儲數(shù)據(jù)展示。

為了實現(xiàn)高密度高可靠性存儲，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)，單個飛秒脈沖（約 200 飛秒）即可完成對存儲單元的制備，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)。

圖 2：金剛石光盤的寫-讀效果展示。將世界上第一個計時攝影作品《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)，通過三維堆疊存儲在金剛石中，并通過讀取形成的動畫效果。每一幀的動畫數(shù)據(jù)占用金剛石存儲的橫向尺寸為 90×70 平方微米。

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)，可同時實現(xiàn)對上萬比特高效讀出。當(dāng)前，存儲單元的尺寸可達(dá)到 69nm（約為波長的十二分之一），單元間隔在 1 微米左右，存儲密度達(dá)到 Terabit / cm3 量級，比藍(lán)光光盤存儲密度提高三個量級。

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