导读
近日，中国东北师范大学开发出一种基于纳米颗粒的新型薄膜，它比人类头发丝细80倍。10厘米乘以10厘米的薄膜片可以全息存储的数据比DVD多倍。未来，它将带来微型可穿戴设备，捕捉和存储人或物的三维图像。
背景
在这个信息大爆炸的时代，我们生成和接触到的数据量越来越多。因此，存储器件越来越受到科学界的重视。存储器件正朝着快速、耐用、柔性、节能、高效、高密度、随着时间推移能保持稳定等目标发展。
之前，笔者介绍过多项有关存储技术的科研创新成果，带大家简单回顾一下，以便大家对于储存器件的发展趋势有一个具体的认识。
1）IBM研究院开发的新型相变存储器(PCM)，让每个存储单元的数据容量增至三倍，未来有望提供超快速，低成本的数据存储解决方案。
（图片来源：IBM研究院）
2）法国斯特拉斯堡大学等科研机构合作开发的由有机纳米材料组成的柔性、非易失的光学存储薄膜晶体管设备，成为可穿戴电子领域的又一项重大突破。
（图片来源:PaoloSamori/UnivrsityofStrasbourgCNRS）
3）瑞士洛桑联邦理工学院的科学家开发出一种钙钛矿材料，为新一代磁光数据存储设备的开发奠定了基础，这种存储设备结合了磁性存储的长期稳定性、高数据密度、非易失性操作、可重写性，以及光学存储读写速度快的优势。
（图片来源：LászlóForró/瑞士洛桑联邦理工学院）
4）美国杜克大学首次完全采用喷墨打印的方式，通过纳米油墨制造出柔性忆阻器存储设备，有望应用于柔性电子设备包括RFID、环境传感器等领域。
（图片来源：杜克大学）
5）新加坡国立大学的科研人员发明了一种新型超薄多层膜，能够有效利用一种手型自旋结构单元：斯格明子，进行信息存储。它有望成为构建未来高密度、高速度、低能耗磁信息存储器件的理想候选材料。
（图片来源：SiwShawnYohans/新加坡国立大学）
创新
同样是关于存储技术，今天笔者要为大家介绍一项来自中国东北师范大学的创新成果。它是一种基于纳米颗粒的新型薄膜，比人类头发丝细80倍。10厘米乘以10厘米的薄膜片可以全息存储的数据比DVD多倍。
（图片来源：东北师范大学）
中国东北师范大学付申成副教授领导的科研团队开发出这种新型薄膜。他表示：“未来，这些新型薄膜将集成到记录三维色彩信息的微型存储芯片中，之后这些三维色彩信息可作为具有现实细节的三维全息图来观看。因为存储介质在环境中是稳定的，所以该设备可用于户外或者甚至带进恶劣辐射条件的外太空。”
研究人员在《OpticalMatrialsExprss》上详细描述了他们是如何制造这种新型薄膜的，并展示了这项技术能用于在环境中稳定的全息存储系统。
技术
这种薄膜是为了全息数据存储而设计的，全息数据存储技术采用激光创造和读取材料中三维全息重构的数据。因为全息数据存储可以一次记录和读取几百万个比特，所以它比当今数据存储所用的光学方案和磁方案（一次只能记录和读取个别的比特）更快。全息方案也具有高密度的天性，因为它们记录遍布材料三维体积的信息，而不只是表面的信息，并且可以使用不同角度或者不同种颜色组成的光线，记录同一个区域的多幅图像。
近来，科研人员一直在采用金属半导体纳米复合材料作为存储高空间分辨率的纳米级全息图像的介质。由二氧化钛半导体和银纳米颗粒组成的多孔膜非常适合这种应用，原因是它们遭受各种波长或颜色的激光照射时会改变颜色，而且采用单个步骤就可以在激光束聚焦的区域记录下一组三维图像。虽然可以用于多波长的全息数据存储，但是紫外线照射后会擦除数据，对于长期的信息存储来说，这种薄膜是不稳定的。
将全息图像记录到二氧化钛-银薄膜中的步骤包括采用激光将银颗粒转化为银正离子（由于失去电子而带正电）。付申成副教授表示：“我们注意到，紫外线能擦除数据，因为它引起电子从半导体薄膜转移到金属纳米颗粒，引起与激光一样的光转化。将接收电子的（lctron-accpting）分子引入到系统中，引发电子从半导体流向这些分子，降低了紫外线的数据擦除能力，从而制造出一种在环境中稳定的高密度数据存储介质。”
对于新型薄膜来说，研究人员采用接收电子的分子（测量值只有1纳米到2纳米），阻止电子从半导体流向金属纳米粒子。他们制造出具有蜂窝纳米孔结构的半导体薄膜，使得纳米颗粒、接收电子的分子、半导体相互联系。接收电子的分子具有超小的尺寸，使得它们能够依附于孔的内部，而不影响孔的结构。生成薄膜的厚度仅为纳米。
研究人员测试了他们的新型薄膜，并发现全息图像甚至可以在紫外线照射的情况下，高效且稳定地写入到薄膜中。研究人员也展示了采用电子受体改变电子流动，形成多个电子传输路径，使得材料更快速地响应激光，极大地加快数据写入速度。
付申成副教授说：“由贵金属例如银制成的颗粒，通常被视为用于光学存储的慢速响应介质。我们展示了，采用新型电子传输流改善这些粒子的光学响应速度，同时仍然保持住粒子有利于信息存储的其他优势。”
价值
这种薄膜不仅可以容纳大量数据，而且也能以高达每秒1GB的速度检索数据，是如今闪存读取速度的20倍。有朝一日，这项新技术将带来微型可穿戴设备，捕捉和存储人或物的三维图像。
未来
研究人员计划通过户外测试，验证新型薄膜在环境中稳定性。他们也指出，这种薄膜在现实世界中的应用需要开发高效的三维图像重构技术和方法，用于显示器的色彩呈现或者读取存储的数据。
关键字
半导体、存储技术、全息技术
参考资料