导读

东北师范大学刘益春院士团队在国际顶尖光学期刊《Light: Science & Applications》发表突破性研究，推出“上转换充能” (UCC) 光存储技术。凭借非线性激发机制，该技术将单次数据写入时长缩短至0.01秒，为高密度、高效信息存储开辟了全新路径。该研究成果以 "Unlocking the potential of up-conversion charging for rapid and high-resolution optical storage with phosphors" 为题在线发表在Light: Science & Applications (14:107, 2025)。第一作者为东北师范大学博士生陈璐，通讯作者为刘益春院士和刘峰教授。共同通讯作者为美国南佐治亚大学的王笑军教授。

研究背景：从“线性”到“非线性”的技术突围

自20世纪80年代以来，发光型光存储因其独特的能量捕获-释放机制而备受关注。通过在储能释光材料中构建陷阱，光生电荷得以长期稳定储存，直至受到光或热的“唤醒”释放能量，实现信息存取。与传统的磁存储和闪存相比，其低能耗、可擦写、低噪声的优势契合大数据时代绿色存储需求。同时，这种存储方式兼容波长、强度、寿命、空间分辨率等多维信息编码，在信息容量与安全性方面展现出革命性潜力。

尽管进展显著，现有的发光型存储技术仍面临挑战，其数据记录通常依赖短波光 (如紫外线) 的线性激发，导致写入速度慢且分辨率受限。因此，突破线性激发的桎梏成为解锁光存储潜力的关键。

创新研究：两步“能量阶梯”，实现极速写入

针对上述挑战，研究团队推出“上转换充能” (UCC) 技术，通过非线性激发为陷阱“充电” (图1a)。其原理类似于为电子搭建“能量梯子”：低能光子层层递进，最终将电子送入高能陷阱，让低能光子也能完成高能任务。

图1. (a) UCC机制。(b) UCC动力学过程的热释光呈现及释光成像。

团队构建了UCC辐照剂量与陷阱填充的动态平衡模型，揭示了非线性“快充”与光排空竞争规律 (图1b)。通过优化参数，以石榴石材料 (Gd₃Ga₅O₁₂:Cr³⁺) 为例，借助便携式红、绿、蓝激光打标机，将单次数据记录时间压缩至0.01秒。此外，UCC技术的非线性激发特性 (双光束交汇记录) 使得数据图案边缘清晰锐利，分辨率远超传统方式 (图1b)。

应用与展望：从高效存储到三维未来

UCC技术的突破为光存储开辟了广阔的应用前景。目前，该技术已在可擦写光存储介质、高密度档案存储等领域展现应用价值。展望未来，随着透明块体发光材料的发展，UCC有望进一步解锁三维光存储，助力超大容量存储设备的诞生。不仅如此，其高分辨率特性还可能在医学成像、精密信息记录等领域发挥重要作用，为智能设备和物联网注入新活力。

结语

“镌光为墨，存储新章”，东北师范大学团队以UCC技术点亮发光型存储高地，为大数据时代的绿色、高效存储需求带来了新曙光。让我们拭目以待，这束“光”将如何照亮现实世界！（来源：LightScienceApplications微信公众号）

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41377-025-01746-9