结构敏感的荧光相变材料与长寿命多维光存储

Addressing the demand for long-life and high-density optical storage, a new kind of phase change optical memory material, fluorescence phase change material, will be studied and developed in this project. The structure-sensitive luminescent characteristics with high fluorescence contrast between the amorphous and crystallized states, and a lifetime of more than 100 years can be achieved through the optimal design of the phase change matrix materials and the doped ions. The prototype optical discs with fluorescence phase change materials as recording media will be prepared and the multi-dimensional optical storage, including bit-wise multilayer recording/readout, multi-level encoding and parallel optical storage, will be demonstrated based on it. It will lay an important foundation for the development of new and high-performance optical storage devices for professional applications.

本课题将针对长寿命、高密度光存储介质的需求，研究发展一类新型相变光存储材料--荧光相变材料。通过相变材料基质、掺杂离子的设计选择，使其具有结构敏感的可调控发光特性和不同相态间的高荧光对比度，且数据保存寿命可达百年以上。将之作为存储介质应用于多维光存储，制备出光盘原型器件，实现逐位多层记录与荧光读出。在此基础上探索实现基于荧光相变材料的多值编码和并行多维光存储，为发展新型、高性能专业信息存储器件奠定重要基础。

当前已进入大数据时代，数据成为新型战略资源，大数据发展上升为国家战略。数据存储是大数据时代亟待突破的技术屏障之一。近年来，光盘存储器从以消费电子为主导转到以专业应用（如数据中心存储冷数据）为主导，对光存储技术的发展提出了新的要求。最关键的就是要在保持其特有技术优势的同时，提升其综合性能（如容量和读写速度）。多维光存储技术被公认是一种极具发展前景的TB级大容量光盘技术。存储材料是限制多维光存储技术实用化最关键的因素之一。寻找实现长寿命、高密度光存储的新材料和增加调控维度的新机制是当前首要任务。.本项目针对该需求开展基础研究。从相变材料的原子配位结构和过渡金属离子发光机制出发，首次设计、制备了荧光相变材料，在保留高稳定性（长寿命）、可逆循环等特点的基础上，相变前后具有高荧光对比度（可达四个数量级）；据此提出了荧光相变光存储新概念，是实现多维光信息存储的新方法。此外，首次在相变材料中额外增加了二向色性和二次谐波作为调控维度，实验演示了其编码存储特性。首次利用超短激光脉冲在相变薄膜上实现了多个中间态之间的超快可逆相变。设计、制备了新型相变材料，使其具有更平滑的相变调控特性，利于更精密的多值编码调控。基于空间光调制器构建了并行光学调控系统，通过激光诱导相变实现了多值、并行光学记录。深入分析了相变调控过程中激光与材料相互作用的动力学机制。研究结果可为进一步发展具有自主知识产权的超高密度信息存储材料和技术奠定重要基础。.项目执行过程中，出版英文著作1部，在Advanced Optical Materials、ACS Applied Materials & Interface 等重要学术期刊上发表SCI、EI论文28篇（其中SCI 收录24篇），申请中国发明专利5项（其中1项已获授权），培养博士、硕士研究生7名（含在读）。