近日，我室青年教师孙盛芝（第一作者）在期刊“Advanced Materials Technologies”发表了题为“Low-power-consumption, reversible 3D optical storage based on selectively laser-induced photoluminescence degradation in CsPbBr3 quantum dots doped glass” 的论文（2200470，2022）。文章链接：https://doi.org/10.1002/admt.202200470。

       当今世界正处于以高度自动化、高度信息化、高度网络化为特征的工业4.0时代。为了处理工业4.0时代遇到的海量数据，迫切需要具有高开关速度、大存储容量、低能耗和长使用寿命的新型数据存储介质。传统上，信息可以磁、电、光信号的形式被写入和读取。与磁存储和电存储相比，光存储具有写/读速度快、存储容量大、寿命长、制造容易、维护成本低等优点。除了商业化的光盘（CD）、数字视频光盘（DVD）和蓝光光盘（BD）等光存储介质外，基于激光诱导的折射率变化、色心/缺陷、离子价态变化、相变、纳米光栅、纳米晶体析出等巨大存储容量的三维光存储技术被相继开发。其中，发光纳米晶体由于其潜在的多维存储能力（基于衰减时间、波长、强度或偏振），被认为是多维光存储的优选介质。

       近年来，卤化铯铅钙钛矿（CsPbX₃，X=Cl，Br，I）量子点（PQDs）因其高发光量子率、极窄的发射带和覆盖可见全光谱范围的可调控发射波长而备受关注。已有工作报道了玻璃基体内PQDs的飞秒激光直写，证明了PQDs在长寿命大容量光存储和3D艺术创作中的应用潜力。然而，该技术的数据写入速度、写入功耗和安全性都有待提高。本文作者在掺有CsPbBr₃ 量子点的微晶玻璃中研究了飞秒激光诱导下玻璃内微区量子点的结构、发光特性变化机理，并演示了基于飞秒激光选择性直写技术的高速、低功耗、可逆三维光存储。通过高重复率的激光照射，数据被写入玻璃中（如图1a,b,f所示），并可以在485nm光源的激发下以局部暗化荧光图像的形式被读取（如图1c,d,g所示）。系统改变激光功率、重复频率和脉冲时间，可以设计出激光修饰区域的不同光致暗化梯度。令人印象深刻的是，即使是单脉冲照射也能诱发肉眼可见的光致暗化，这表明该技术在数据存储方面具有亚皮秒级的写入时间和低能耗的潜力。高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）和激光修饰区域的微区光谱显示，玻璃中的CsPbBr₃量子点在单脉冲激光照射后已被分解，在多脉冲激光照射后逐渐增大，表明激光诱导的局部光致暗化机理与激光条件密切相关（如图2所示）。通过飞秒激光直写，二进制数据阵列和复杂的图案可以写在玻璃的不同深度，并通过470℃的后热处理擦除（如图3所示）。多次 "写入-擦除 "循环表明，数据记录区的荧光强度在每次处理后总是恢复到初始水平，表明该方法具备良好的可逆三维数据存储能力。此外，由于基于飞秒激光诱导的CsPbBr₃ 量子点玻璃内的光致暗化信息被隐藏在明亮的发光背景中，使所存数据具备较高的安全性。

图1. 飞秒激光诱导CsPbBr₃量子点玻璃中光学信息的写入。(a-d)二维二维码隐藏了格言信息和宁波大学校徽；宁波大学的校训 "实事求是，经世致用 "以二进制数据格式（e）直写在玻璃内部(f、g)。参考标尺：5微米。

图2. CsPbBr₃量子点的微观表征。（a-c）在原始玻璃基体中的量子点；通过超快激光直写单脉冲（d-f）和多脉冲（g-i）修饰的量子点；（a，d，g）中嵌入的图为选定区域的电子衍射图；（b，e，f, h）为HRTEM图像；（c，i）为单个量子点的HRTEM图像。

图3. （a）在玻璃中不同深度写下的 "樱花、荷花、郁金香 "光致暗化图案，（b）热处理擦除原信息后在同一位置重新写入“蜻蜓、蜜蜂、笑脸” 光致暗化图案