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人類(lèi)文明的傳承依賴(lài)于海量文字、圖片、視頻和音頻等信息的存儲。隨著(zhù)存儲信息量日漸龐大，傳統存儲技術(shù)不堪重負，引發(fā)了人們對新型存儲介質(zhì)及存儲模式的不斷探索。目前，傳統磁存儲正逐漸被能耗更低、容量更大、使用壽命更長(cháng)的光存儲所代替。然而，受制于光學(xué)衍射極限及二維存儲模式，光存儲介質(zhì)的存儲容量難以超越1 TB。近年來(lái)，借助于激光技術(shù)的發(fā)展，利用紫外/藍光激光逐點(diǎn)寫(xiě)入和近紅外激光掃描讀取，光激勵發(fā)光材料在光存儲領(lǐng)域的應用受到業(yè)界關(guān)注。光激勵發(fā)光與基質(zhì)中缺陷的深度和濃度密切相關(guān)，為了提高性能，往往需要借助于高溫處理在基質(zhì)中形成濃度較高的深陷阱，而高溫將導致顆粒粗化，難以實(shí)現大容量光存儲所需的納米級分辨率。光激勵發(fā)光材料這個(gè)“尺度”與“性能”之間的矛盾，使其應用于大容量光存儲還面臨很大挑戰。

在國家重點(diǎn)研發(fā)計劃重點(diǎn)專(zhuān)項項目、國家基金面上項目以及福建省科技項目支持下，中國科學(xué)院福建物質(zhì)結構研究所功能納米結構設計與組裝重點(diǎn)實(shí)驗室研究員王元生和林航帶領(lǐng)的光功能材料研究團隊采用玻璃熱處理可控析晶技術(shù)，制備了一種新型光激勵發(fā)光透明玻璃陶瓷。通過(guò)玻璃熱處理，誘導非晶玻璃網(wǎng)絡(luò )結構弛豫和晶化，在玻璃基體中形成了高度有序分布的LiGa₅O₈: Mn²⁺納米晶。由于在剛性玻璃網(wǎng)絡(luò )中離子遷移率低，LiGa₅O₈: Mn²⁺在較低熱處理溫度下自限性生長(cháng)，在基質(zhì)中形成了具有合適深度和濃度的缺陷，因而材料具有良好的光激勵發(fā)光特性，在一定程度上調和了“尺度”與“性能”之間的矛盾。驗證性實(shí)驗表明，基于該具有光激勵發(fā)光特性的透明光存儲介質(zhì)，可實(shí)現三維空間中如圖像、二進(jìn)制代碼等數據的紫外光編碼和近紅外光解碼；通過(guò)改變激光器光功率調節光激勵發(fā)光強度，引入光信息強度維，可賦予不同體像素點(diǎn)不同的灰度值；而通過(guò)調控Mn²⁺局域配位環(huán)境，光激勵發(fā)光顏色寬幅可調，實(shí)現了光頻復用。據估算，這種光存儲介質(zhì)的理論光存儲密度可達~130 Tbit/cm³。值得一提的是，由于數據一經(jīng)編碼后，僅能在特定激發(fā)條件或是高熱環(huán)境下方可解碼，因此該光存儲模式的安全等級較高。該研究突破了傳統光激勵發(fā)光材料中難以實(shí)現納米尺度分辨率的瓶頸問(wèn)題，首次驗證了該類(lèi)材料三維光存儲的可行性，可望使光存儲容量大幅提升；所研制材料兼備強度/光頻復用、安全性高、魯棒性的特點(diǎn)。相關(guān)成果以High-Security-Level Multi-dimensional Optical Storage Medium: Nanostructured Glass Embedded with LiGa₅O₈: Mn²⁺ with Photostimulated Luminescence 為題，在國際光學(xué)刊物Light: Science & Applications上在線(xiàn)發(fā)表（Light: Science & Applications, 2020, 10.1038/s41377-020-0258-3）。論文第一作者是博士生林世盛，通訊作者為王元生和林航。

此前，該團隊在光功能玻璃陶瓷材料及應用研究方面取得一系列進(jìn)展，相關(guān)成果相繼發(fā)表在Laser Photon. Rev. 2019, 13, 1900006; Laser Photon. Rev. 2014, 8, 158; Laser Photon. Rev. 2017, 11, 1700148; Chem. Mater. 2016, 28, 3515; Nano Res. 2019, 12, 1049; ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 22905; ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 21264; ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 21835，并受邀撰寫(xiě)了綜述論文（Laser Photon. Rev. 2018, 12, 1700344），受到了國內外同行的廣泛關(guān)注。