在光学信息存储领域，中国科学技术大学中科院微观磁共振重点实验室的杜江峰、王亚、夏慷蔚等专家取得了重大突破。他们成功研发出基于金刚石发光点缺陷的四维信息存储技术，该技术集高密度、超长免维护寿命、快速读写等关键特性于一身，有望为 “数据大爆炸” 时代下的新一代绿色高容量信息存储提供切实可行的解决方案。相关研究成果以 “Terabit-scale high-fidelity diamond data storage” 为题，在 11 月 27 日于 Nature Photonics 在线发表。

当今信息时代已步入 “大数据” 阶段，海量数据的采集、存储与分析技术持续演进，成为科技发展的核心驱动力之一。这些海量数据在民生、医疗等众多领域的应用，将产生极为深远且重要的影响。然而，现有的数据存储技术，如磁盘、光盘、固态硬盘等，其发展速度远远跟不上数据量的急剧增长。存储容量的瓶颈以及高能耗问题，已成为制约海量数据处理与应用的关键阻碍。

近年来，借助精确制备纳米材料光源，并对光信号的强度、波长、偏振等多维度特性加以调控，光学存储技术成为实现高密度存储的重要途径。但纳米材料稳定性欠佳、信息读写速度缓慢、误差较大以及高能耗等问题，使得光学存储技术在迈向实际应用的进程中困难重重。

此次研究团队别出心裁地运用金刚石中一种可精准人工制备的发光点缺陷，巧妙化解了上述诸多难题。研究表明，金刚石中的原子尺度弗兰克尔缺陷具备稳定的发光特性，且能够通过精确制备来调控其发光亮度，从而实现数据编码，堪称理想的信息存储单元。由于金刚石材料具有超高硬度（是自然界中最为坚硬的材料之一）以及出色的化学稳定性（例如抗酸碱腐蚀等），存储于金刚石光盘中的数据极为可靠。通过高温测试并依据阿伦尼乌斯定律预估信息单元的稳定性，即便处于 200℃的高温环境，金刚石中的数据存储寿命仍可远超百年。此外，这种存储方式无需任何特殊维护（如温湿度控制等），且不存在数据存储的能耗问题。

为达成高密度与高可靠性存储的目标，研究人员研发出基于飞秒脉冲加工的快速高精度三维缺陷制备技术。单个飞秒脉冲（约 200 飞秒）便能完成一个存储单元的制备，信息写入的准确率高于 99.9%，已达蓝光光盘国家标准。研究人员还进一步开发了二维、三维的并行读出技术，能够同时高效读出上万比特的数据。当前，存储单元的尺寸已缩小至 69nm（约为波长的十二分之一），单元间隔约为 1 微米，存储密度高达 Terabit/cm³ 量级，相较于蓝光光盘存储密度提升了三个数量级。

该研究团队长期专注于固态发光点缺陷的可控制备与高性能器件开发。近年来，已成功研制出一系列金刚石器件，涵盖面向磁学材料检测的纳米级磁成像量子器件、面向半导体科学的点缺陷成像量子器件以及面向高压科学的极端压力条件下的原位磁测量量子器件等。本次研究进一步拓宽了固态发光点缺陷在新型信息存储领域的应用范畴。除了此项工作，研究团队还开发出基于稀土离子发光点缺陷的可擦写信息存储器件，通过不断创新技术，深度挖掘固态点缺陷的应用潜力，为新一代绿色高密度信息存储开辟新路径。

本项研究的共同第一作者为中科院微观磁共振重点实验室的博士研究生周晶阳与特任副研究员苏佳，杜江峰院士、王亚教授、夏慷蔚教授担任共同通讯作者。此项研究得到了国家自然科学基金委、中国科学院、科技部、安徽省等多方面的资助与支持。