廈大解榮軍課題組AFM：面向高容量光學(xué)信息存儲(chǔ)的深陷阱長(zhǎng)余輝發(fā)光材料

【引言】

長(zhǎng)余輝發(fā)光材料是利用能量陷阱對(duì)入射光子的捕獲和緩慢再釋放而產(chǎn)生持續(xù)發(fā)光的一類特殊光學(xué)功能材料，根據(jù)材料中陷阱密度和陷阱深度不同，其發(fā)光壽命從數(shù)秒至數(shù)小時(shí)不等。基于這種*的發(fā)光性能，室溫長(zhǎng)余輝發(fā)光材料已被廣泛應(yīng)用于夜間指示照明及交流LED器件中，并成為生物熒光標(biāo)記和光學(xué)信息存儲(chǔ)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。與室溫長(zhǎng)余輝發(fā)光材料相比，深陷阱長(zhǎng)余輝材料在室溫下載流子的釋放速度極慢。由于具有在室溫下存儲(chǔ)信息，在高溫或額外光激勵(lì)下釋放信息的雙重特性，深陷阱長(zhǎng)余輝材料是一類理想的光學(xué)信息存儲(chǔ)介質(zhì)。并且，由于信息讀取時(shí)的光子發(fā)射包含特定的光譜特征，結(jié)合波分復(fù)用和強(qiáng)度復(fù)用技術(shù)，以深陷阱長(zhǎng)余輝發(fā)光材料為存儲(chǔ)介質(zhì)有望研發(fā)出多信息維度的光學(xué)信息存儲(chǔ)系統(tǒng)，解決傳統(tǒng)二維光學(xué)信息存儲(chǔ)介質(zhì)（如光盤等）存儲(chǔ)容量難以提升的困境。

近日，廈門大學(xué)解榮軍課題組在新型光學(xué)信息存儲(chǔ)材料方面取得一定的研究進(jìn)展。課題組莊逸熙博士等研究人員在Advanced Functional Materials上在線發(fā)表了題為“Optical data storage and multicolor emission readout in flexible films using deep-trap persistent luminescence materials”的文章。在該項(xiàng)工作中，研究團(tuán)隊(duì)利用深陷阱長(zhǎng)余輝發(fā)光材料對(duì)于光子的吸收存儲(chǔ)和選擇性再釋放的特性，采用激光刻錄技術(shù)演示了以深陷阱長(zhǎng)余輝發(fā)光粉體薄膜為存儲(chǔ)介質(zhì)的高通量光學(xué)信息逐點(diǎn)寫入-全域讀取/逐點(diǎn)讀取。研究團(tuán)隊(duì)還成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)讀取信號(hào)的發(fā)光顏色和發(fā)光強(qiáng)度的調(diào)控，這對(duì)于研發(fā)新一代具有超高存儲(chǔ)容量的多維光學(xué)信息存儲(chǔ)系統(tǒng)具有重要意義。除了以高溫?zé)峒せ钸M(jìn)行信息讀取之外，研究團(tuán)隊(duì)也演示了通過近紅外光束逐點(diǎn)掃描讀取薄膜中被寫入的信息。逐點(diǎn)寫入-逐點(diǎn)讀取的方式更易于與目前廣泛使用的光盤存儲(chǔ)技術(shù)兼容。

(a) 熒光粉體與硅膠混合、成型并固化后獲得粉體薄膜；

(b) 激光刻錄機(jī)寫入預(yù)存儲(chǔ)信息；

(c) 高溫?zé)峒せ钭x取信息；

(d) 柔性薄膜應(yīng)用于曲面；

(e) 近紅外光激勵(lì)讀取信息。

本文報(bào)道了一種基于深陷阱長(zhǎng)余輝發(fā)光材料的新型光學(xué)信息存儲(chǔ)及信息讀取方式。通過405 nm激光將信息逐點(diǎn)刻錄于柔性粉體薄膜上，由于陷阱較深，所刻錄的信息在室溫被凍結(jié)；而通過加熱到較高溫度或者通過980 nm近紅外激光照射，可讀出預(yù)刻錄的信息。讀取過程伴隨光子的發(fā)射，發(fā)光的波長(zhǎng)和強(qiáng)度可以通過成分和刻錄光強(qiáng)進(jìn)行調(diào)控。

傳統(tǒng)的相變型或磁光型光學(xué)信息存儲(chǔ)介質(zhì)是基于基板對(duì)入射光反射或偏振的差異而識(shí)別預(yù)存儲(chǔ)信息。本文所報(bào)道的信息讀取方式是利用刻錄點(diǎn)對(duì)光子的選擇性釋放，由于光子發(fā)射包含特定的光學(xué)信息，以深陷阱長(zhǎng)余輝發(fā)光材料作為存儲(chǔ)介質(zhì)有望研發(fā)出新一代具有超高存儲(chǔ)容量的多維光學(xué)信息存儲(chǔ)系統(tǒng)。

文獻(xiàn)鏈接: Optical data storage and multicolor emission readout in flexible films using deep-trap persistent luminescence materials (Adv. Funct. Mater., 2018, DOI: 10.1002/adfm.201705769)

與上述工作相關(guān)的另一項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)報(bào)道了在長(zhǎng)余輝發(fā)光材料體系SrSi₂O₂N₂:Ln²⁺,Ln³⁺中以稀土離子共摻雜的方式進(jìn)行陷阱深度調(diào)控的思路，討論了不同陷阱深度對(duì)于信息存儲(chǔ)能力的影響。這項(xiàng)研究不僅對(duì)于設(shè)計(jì)不同陷阱深度的長(zhǎng)余輝發(fā)光材料具有重要啟示意義，而且展示了深陷阱長(zhǎng)余輝發(fā)光材料在信息防偽和新型顯示等新興領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。該工作以“Trap depth engineering of SrSi₂O₂N₂:Ln²⁺,Ln³⁺ (Ln²⁺ = Yb, Eu; Ln³⁺ = Dy, Ho, Er) persistent luminescence materials for information storage applications”為題于2017年12月26日在線發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces上，論文*作者為莊逸熙博士。

文獻(xiàn)鏈接：Trap depth engineering of SrSi₂O₂N₂:Ln²⁺,Ln³⁺ (Ln²⁺ = Yb, Eu; Ln³⁺ = Dy, Ho, Er) persistent luminescence materials for information storage applications (ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, DOI: 10.1021/acsami.7b17271)

此外，研究團(tuán)隊(duì)2017年12月20日在ACS Applied Materials & Interfaces上在線發(fā)表了題為“Achieving multicolor long-lived luminescence in dye-encapsulated metal-organic frameworks and its application to anticounterfeiting stamps”的文章。該工作闡述了在金屬有機(jī)框架材料的周期性孔道中引入特定染料分子，通過主客體之間的能量傳遞效應(yīng)獲得多色室溫長(zhǎng)壽命發(fā)光的新思路。多色室溫長(zhǎng)壽命發(fā)光材料的制備對(duì)于實(shí)現(xiàn)大容量信息存儲(chǔ)和高等級(jí)信息防偽具有重要價(jià)值。該論文*作者為課題組碩士研究生劉劍斌。

文獻(xiàn)鏈接：Achieving multicolor long-lived luminescence in dye-encapsulated metal-organic frameworks and its application to anticounterfeiting stamps (ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, DOI: 10.1021/acsami.7b13486)

近日，廈門大學(xué)解榮軍課題組在新型光學(xué)信息存儲(chǔ)材料方面取得一定的研究進(jìn)展。課題組莊逸熙博士等研究人員在Advanced Functional Materials上在線發(fā)表了題為“Optical data storage and multicolor emission readout in flexible films using deep-trap persistent luminescence materials”的文章。在該項(xiàng)工作中，研究團(tuán)隊(duì)利用深陷阱長(zhǎng)余輝發(fā)光材料對(duì)于光子的吸收存儲(chǔ)和選擇性再釋放的特性，采用激光刻錄技術(shù)演示了以深陷阱長(zhǎng)余輝發(fā)光粉體薄膜為存儲(chǔ)介質(zhì)的高通量光學(xué)信息逐點(diǎn)寫入-全域讀取/逐點(diǎn)讀取。研究團(tuán)隊(duì)還成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)讀取信號(hào)的發(fā)光顏色和發(fā)光強(qiáng)度的調(diào)控，這對(duì)于研發(fā)新一代具有超高存儲(chǔ)容量的多維光學(xué)信息存儲(chǔ)系統(tǒng)具有重要意義。除了以高溫?zé)峒せ钸M(jìn)行信息讀取之外，研究團(tuán)隊(duì)也演示了通過近紅外光束逐點(diǎn)掃描讀取薄膜中被寫入的信息。逐點(diǎn)寫入-逐點(diǎn)讀取的方式更易于與目前廣泛使用的光盤存儲(chǔ)技術(shù)兼容。

(a) 熒光粉體與硅膠混合、成型并固化后獲得粉體薄膜；

(b) 激光刻錄機(jī)寫入預(yù)存儲(chǔ)信息；

(c) 高溫?zé)峒せ钭x取信息；

(d) 柔性薄膜應(yīng)用于曲面；

(e) 近紅外光激勵(lì)讀取信息。