华南师范大学和墨尔本理工大学联合团队：基于随机 “热点” 编码的超低能量和超高密度光存储

由华南师范大学信息光电子科技学院的兰胜教授、戴峭峰副研究员和化学与环境学院的铁绍龙教授组成的跨学科研究团队，与澳大利亚皇家墨尔本理工大学顾敏院士的研究团队合作，在多维复用超高密度光信息存储的研究中取得了重大突破。他们通过飞秒激光成功地对存储介质中的“热点”进行了编码，实现了超低功率（皮焦量级）和超高密度的五维光信息存储。光信息存储密度可以达到13.8 Tbit/cm3，即在一张DVD大小的光盘上实现约20 TB的数据存储，并且首次实现了数据的多次擦写。

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图1 Advanced Materials 29卷35期内封面

二十一世纪是信息爆炸的时代，人们在信息产生、传输、处理和存储等领域都面临大数据的挑战。光信息存储由于具有低功耗（绿色环保），长寿命（可达100年）和抗电磁干扰（安全）等诸多优势，被认为是最具前景的冷数据存储方式。然而，目前的光信息存储方式，如CD、DVD、BD等，都存在存储密度较低的缺点。因此，光信息存储一直未能成为目前大数据存储的主流方式。超高密度光信息存储的出现有望克服目前光存储容量的瓶颈。

联合团队近期的研究工作把顾敏院士2009年首次提出的多维复用超高密度光信息存储的原理和技术[Nature, 459, 410 (2009)] 又发展和提升了一大步。他们通过对三维强耦合金纳米粒子体系中表面等离子体“热点”的深入研究，发现这些空间随机分布的“热点”不但具有独特的波长和偏振响应，而且具有超强的荧光亮度和超低的解耦合能量。基于这些独特的物理性质，研究团队制备了高质量的金纳米棒/PVA复合材料作为光信息存储介质，通过飞秒激光成功地对存储介质中的“热点”进行了编码，实现了超低功率（皮焦量级）和超高密度的五维光信息存储。采用这个原理和技术，信息写入能量只需几个皮焦（pJ），与目前报道的最低写入功率相比，降低了两个数量级，这将极大地降低光源的成本，有效地推进该技术的实际应用。同时，光信息存储密度可以达到13.8 Tbit/cm3，即在一张DVD大小的光盘上实现约20 TB的数据存储，并且首次实现了数据的多次擦写。图2中(c)和(d)显示的是在同一空间上利用两个正交偏振存储的华南师范大学和信息光电子科技学院的徽标。

图2 (a) 小尺寸金纳米棒的透射电镜照片；(b) 分散在PVA中的金纳米棒的透射电镜照片，右下角为光存储介质薄膜的照片；(c-d) 利用正交偏振的飞秒激光存储在同一区域内的华师和光电学院的Logo；(e-f) 读取图像的相似度和对比度分析

该研究成果以Encoding Random Hot Spots of a Volume Gold Nanorod Assembly for Ultralow Energy Memory为题发表在国际材料学权威期刊Advanced Materials [29, 1701918 (2017)]上，并被选为杂志内封面(如图1所示)。该成果将有力推进多维复用超高密度光信息存储，使之成为大数据存储的重要选择。

该成果的第一作者为华南师范大学的戴峭峰副研究员，华南师范大学的兰胜教授、铁绍龙教授和皇家墨尔本理工大学顾敏院士为共同通讯作者。

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