研究人員們研製了用於高密度數據存儲的納米顆粒薄膜

隨著我們生活中產生的數據越來越多，對於長時間保持穩定的高密度數據存儲的需求正變得越來越高。比人類頭髮薄80倍以上的新型基於納米顆粒的薄膜可能有助於滿足這種需求，相比於DVD中的10×10厘米的薄膜，這種薄膜中的材料可以全息存檔1000倍以上的數據。這項新技術有朝一日可以使微型可穿戴設備捕捉並存儲物體或人物的3D圖像。

「在未來，這些新型薄膜可以整合到一個小型存儲晶元中以記錄3D色彩信息，記錄的3D色彩信息隨後可以被可視化為具有真實細節的3D全息圖，」負責領導中國東北師範大學的研究人員們的付申成說到。這些研究人員們在中國開發了這種新型薄膜。「由於存儲介質是環境穩定的，該設備可以在室外使用，甚至可以進入外層空間的惡劣輻射環境。」

研究成果發表在「Optical Materials Express」雜誌（「UV-resistant holographic data storage in noble-metal/semiconductor nanocomposite films with electron-acceptors」）上，研究人員們詳細介紹了他們製造的這些新薄膜，並論證了該技術能夠用於環境穩定的全息存儲系統。這些薄膜不僅可以保存大量數據，而且還可以以高達每秒1 GB的速度檢索那些保存的數據，這大約是當今快閃記憶體的讀取速度的二十倍。

研究人員們創造了一種可全息存儲數據並具有環境穩定性的納米薄膜。圖中付申成正在對這部新型薄膜進行實驗。（圖片來源：東北師範大學）

以更少的空間存儲更多數據

所述新型薄膜專為全息數據存儲而設計，全息數據存儲技術使用激光來創建和讀取材料中數據的3D全息再現。因為它可以一次記錄和讀取數百萬比特，所以全息數據存儲比現在通常用於數據存儲的光學和磁性方法要快得多，現有光學和磁性方法一次僅記錄和讀取幾個比特。全息方法本質上也是高密度的，因為它們在材料的三維體積中記錄信息，而不僅僅是在表面上，並且可以使用不同角度的光或由不同顏色組成的光在同一區域記錄多個圖像。

最近，研究人員們一直在嘗試使用金屬半導體納米複合材料作為存儲具有高空間解析度的納米級全息圖的介質。由半導體二氧化鈦和銀納米顆粒製成的多孔薄膜有希望用於這種應用，因為它們在暴露於不同波長或顏色的激光下時會改變顏色，並且因為可以使用一個簡單的操作即可在激光束的聚焦區域記錄一組3D圖像。儘管這些薄膜可以用於多波長全息數據存儲，但是紫外線照射已被證明可以擦除數據，這使得薄膜在長期信息存儲中不穩定。

將全息圖像記錄到二氧化鈦-銀薄膜中包括使用激光將銀粒子轉化成銀陽離子，銀陽離子由於額外的電子而具有正電荷。Fu說：「我們注意到紫外線可能會擦除數據，因為它會導致電子從半導體薄膜轉移到金屬納米粒子，引起與激光相同的光轉換。「將可吸收電子的分子引入系統會導致一些電子從半導體流向這些分子，這會削弱紫外光擦除數據的能力，並創造出一種環境穩定的高密度數據存儲介質。」

改變電子流

對於新型薄膜，研究人員們使用尺寸僅有1至2納米的可吸收電子的分子，這些分子破壞了電子從半導體流向金屬納米粒子。他們用蜂窩狀納米孔結構製造了半導體薄膜，這種蜂窩納米孔結構使納米顆粒、可吸收電子的分子和半導體兩兩相互接觸。可吸收電子的分子的超小尺寸允許它們附著在孔內而不影響孔結構。最終的薄膜只有620納米厚。

研究人員們測試了他們的新型薄膜，發現即使在紫外光的存在下，全息圖也可以高效地寫入其中並且具有高穩定性。研究人員們還證明了，使用電子受體來改變電子流形成了多個電子傳輸路徑，這使材料對激光的響應更快，並大大加快了數據寫入的速度。

付申成表示：「用貴金屬如銀製成的顆粒通常被認為是光存儲的緩慢響應介質。」，「我們表明，使用新的電子傳輸流提高了粒子的光學響應速度，同時仍然保持了粒子在信息存儲方面的其他優勢。」

研究人員們計劃通過進行戶外測試來測試新型薄膜的環境穩定性。他們還指出，薄膜的現實應用需要開發高效率的3D圖像重建技術和方法來彩色顯示或讀取存儲的數據。

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