来源：美国光学学会（TheOpticalSociety）
研究人员发明了一种可全息存储数据并具有环境稳定性的纳米薄膜。如图，付申成在对新型薄膜进行实验。
图源：中国东北师范大学
随着我们产生越来越多的数据，对高密度数据存储的需求随时间的推移也变得越来越大。比人类头发薄80多倍的新型纳米颗粒薄膜有助于满足这种需求，由该薄膜制成的材料可以全息储存比10×10厘米DVD胶片多倍以上的数据。这项新技术有朝一日可以让微型可穿戴设备捕捉并存储物体或人的三维图像。
“未来，这些新型薄膜可以被整合进一个小的存储芯片中，记录3D彩色信息，这些3D彩色信息随后被视为具有现实细节的三维全息图，”中国东北师范大学（NortheastNormalUniversity）新型薄膜研究开发团队领导者付申成说，“因为存储介质具有环境稳定性，所以设备不仅可以在室外使用，甚至还可以被带到有恶劣辐射环境的外太空。”
在《光学材料快报》（OpticalMaterialsExpress）杂志上，研究人员详述了新型薄膜的制作过程，并展示了该技术用于环境稳定的全息存储系统的能力。这些薄膜不仅能保存大量数据，而且还能以每秒1GB的速度获取数据，这大约是当前闪存读取速度的20倍。
在更少的空间中存储更多的数据
这些新型薄膜是为全息数据存储而设计的，这种技术利用激光创建和读取材料中的数据，使数据三维全息再现。因为它可以同时记录和读取数百万比特的数据，所以全息数据存储比现在数据存储通用的光学和磁性方法要快得多，现在通用的方法一次只能记录和读取单个字节。全息方法本质上也具有高密度的特征，因为它们记录的信息贯穿于材料的三维空间，而不仅仅在表面上，而且可以在同一区域内以不同的角度或由不同的颜色来记录多个图像。
最近，研究人员尝试用金属-半导体纳米复合材料作为一种介质来存储纳米级全息图，并试图达到高的空间分辨率。由半导体二氧化钛和银纳米粒子制成的多孔薄膜使这一应用前景变得很有希望，因为它们可以在不同波长、不同颜色的激光照射下改变颜色，而且可以在激光束的聚焦范围内单步记录一组三维图像。这些薄膜虽然可以用于多波长全息数据存储，但暴露在紫外光下会使数据消除，使长期信息存储不稳定。
将全息图像记录到钛-银薄膜中，需要使用激光将银粒子转换成银离子，由于存在额外的电子而产生了正电荷。“我们注意到，紫外光可以消除数据，因为紫外光能使电子从半导体薄膜转移到金属纳米粒子上，引起与激光相同的光转换反应，”付说，“在系统中引入得电子的分子会使一些电子从半导体流向这些分子，削弱了紫外线消除数据的能力，从而创造出一种环境稳定的高密度数据存储介质。”
改变电子流
在新型薄膜中，研究人员使用了1到2纳米的得电子分子，以阻断半导体到金属纳米粒子的电子流。他们用蜂窝状的纳米孔结构制作出半导体薄膜，使纳米粒子、得电子分子和半导体之间互相连接。超小粒径的得电子分子附着在孔隙内，但不影响孔的结构，所以最终薄膜的厚度只有纳米。
研究人员测试了新型薄膜，发现即使在紫外线照射下，全息图也可以高效、稳定地写入到薄膜中。研究人员还表明，利用电子受体来改变电子的流动，形成多个电子传递路径，使材料对激光的反应更快，从而很大程度提高了数据的写入速度。
“像银这样的贵金属颗粒通常被看作是光学存储的慢反应介质。”付指出，“我们使用新的电子传输流可以提高粒子的光反应速度，同时还能保留粒子在信息存储方面的其他优势。”
研究人员计划通过户外测试来检验新型薄膜的环境稳定性。他们还指出，薄膜的实际应用需要开发高效的三维图像重建技术和方法，用于显示或读取彩色数据。
翻译:钟艾辛
审校:杨镐宇
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