用于光学数据存储的介质、系统和方法技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种提供了用于光学数据存储的介质、系统和方法。用作光学数据记录介质的纳米复合材料包括被嵌入在主体基质中的纳米粒子，其中，主体基质包括具有高结构稳定性的材料，并且纳米粒子包括光学功能成分，该光学功能成分具有第一物理或化学状态并且具有在暴露于相应的光辐射时永久转变至第二物理或化学状态的性质，从而可以在延长的时间段内以光学功能成分的第一物理或化学状态和第二物理或化学状态来记录信息。

Medium, system and method for optical data storage

The embodiment of the invention discloses a medium, a system and a method for optical data storage. Nanocomposites, used as optical data recording media, include nanoparticles embedded in the main matrix, wherein the main matrix includes materials with high structural stability, and the nanoparticles include optical functional components, which have first physical or chemical states and are exposed to corresponding exposures. The properties of light radiation are permanently changed to second physical or chemical states, so that information can be recorded in the first physical or chemical state of the optical functional components and second physical or chemical states in an extended period of time.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于光学数据存储的介质、系统和方法本申请要求于2015年10月5日向澳大利亚专利局提交的标题为“Media,SystemsandMethodsforOpticalDataStorage”的澳大利亚专利申请第2015904039号的优先权，其全部内容通过引用合并到本文中。
本专利技术一般地涉及基于使用光场(例如激光)来记录和检索信息的数据存储介质、系统和方法。更具体地，本专利技术涉及适用于在如一个世纪或更久的长时间段内记录和保存信息的存储系统。
技术介绍
光存储介质是这样的介质，数据以光学可读的方式存储在其中，使得例如可以借助于集成在拾取器中的光检测器和激光器来读取这些数据。目前这一代商用光学存储介质包括单层和双层DVD和蓝光盘，其中，记录和回放基于控制或检测来自介质(即光盘)内的反射层的返回光。在这些介质中，蓝光盘实现了最高数据存储容量和最长寿命，蓝光盘可容纳高达约50千兆字节的信息，同时一些制造商生产具有声称的50至100年寿命的“档案质量”介质。长期数据记录和保存或者“长久数据”在许多领域中越来越受到关注。例如，为了捕获和研究世界的变化，一些数据集在很长的时间段内具有突出的时间背景。在天体物理学、生物学、地理学和社会科学中，积累数十年或者甚至一个多世纪的数据集已被用于研究和分析诸如气候变化、突变和全球变暖的现象。为后代归档和保存信息是同样重要的社会义务。为了提供如此长久的数据存储，需要提供存储介质的已记录和未记录区域二者的长寿命和高容量的新的数据存储系统。长久数据的时间尺度需要具有许多代人例如100年以上的生命期的存储介质。此外，将物理存储需求以及所关注的一些长期数据集的大小纳入考虑，表明需要每磁盘多个百万兆字节的容量。例如，在生物学中，正在产生诸如总计约3.2千兆字节的表示全序列人类基因组的数字数据的大量信息。因此，为了研究仅一个家族的多个世代内的基因组的突变，累积的数字数据在一个世纪或者更长时间内可能容易达到多个百万兆字节。因此，需要在长时间段内可靠、稳定并且具有成本效益的新的高容量大容量存储系统和介质。此外，与档案介质相比，当用于长期数据采集应用中的数据集的累积时，介质对于记录的持续使用应当是稳健的，而所述档案介质在受控条件下被存储之前通常仅一次用于记录，并且仅稀少地被检索用于只读用途。因此，本专利技术的实施方式旨在满足在长久数据存储应用中对光学介质所需的高寿命、高数据存储密度和稳健性的需求中的一个或更多个需求。
技术实现思路
在一个方面中，本专利技术提供了用作光学数据记录介质的纳米复合材料，该纳米复合材料包括被嵌入在主体基质中的纳米粒子，其中：主体基质包括具有高结构稳定性的材料；以及纳米粒子包括光学功能成分，该光学功能成分具有第一物理或化学状态并且具有在暴露于相应的光辐射时永久转变至第二物理或化学状态的性质，由此，可以在延长的时间段内以光学功能成分的第一物理或化学状态和第二物理或化学状态来记录信息。有利地，主体基质材料的高结构稳定性使得介质的未记录区域具有可靠的长期稳定性并且保留了以光学功能成分的状态记录的信息，同时纳米粒子的使用使得能够在介质内进行信息的高密度存储。“高结构稳定性”是指，相对于光学介质中使用的常规材料例如杨氏模量为50Mpa量级的在致密盘、DVD盘、蓝光盘等中采用的聚合物复合材料(例如聚碳酸酯)，物理和/或热稳定性高。根据本专利技术的实施方式的适合用作主体基质的材料可以具有超过1GPa的杨氏模量，例如超过10GPa的杨氏模量或者理想地超过20GPa的杨氏模量。适合用作主体基质的材料可以包括包含有机成分和无机成分的杂化复合材料。例如，主体基质材料可以包括：聚合物，例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯(PC)；以及无机材料，例如金属或硅的一种或更多种氧化物。无机成分的比例可以超过主体基质材料的50％，例如超过主体基质材料的70％、80％或90％。在本专利技术的实施方式中，包括50％无机成分的主体基质可以具有超过1GPa的杨氏模量。在其他实施方式中，包括90％无机成分的主体基质可以具有超过20GPa例如25GPa至30GPa的杨氏模量。在一些实施方式中，光学功能成分包括光学发光纳米粒子。在一些实施方式中，光学功能成分包括掺杂有过渡金属离子的量子点。量子点可以包括核/壳结构。在一些实施方式中，核/壳量子点包括掺杂有锰离子的CdS/ZnS。纳米粒子的表面可以被钝化，例如被硫原子钝化。由于硫原子引起的纳米粒子的受抑制发光包括第一化学/物理状态。可以通过暴露于光学记录光束来实现永久转变至第二化学/物理状态。在又一实施方式中，光学功能成分包括金属纳米粒子，例如金纳米粒子。在第一物理状态下，金属纳米粒子可以包括金属纳米棒。永久转变至第二物理状态可以包括暴露于光学记录光束，由此，金属纳米棒经历重构而成为第二物理形式例如纳米球。“永久转变”是指光学功能成分的第一物理或化学状态和第二物理或化学状态在延长的存储时间段内是不可逆的和稳健的。“延长的时间段”是指超过50年，更优选地超过100年，甚至更优选地超过125年。在一些实施方式中，加速老化实验已经表明，在室温下可以实现超过500年的稳定信息存储。包括纳米复合材料的记录介质可以通过化学溶液旋涂法/干法、化学气相沉积或者物理气相沉积而形成在衬底上。另一方面，本专利技术提供了包括多个层的记录介质，其中，至少一个层包括外保护层，并且至少一个其他层包括纳米复合材料，该纳米复合材料具有被嵌入在主体基质中的纳米粒子，其中：主体基质包括具有高结构稳定性的材料；以及纳米粒子包括光学功能成分，该光学功能成分具有第一物理或化学状态并且具有在暴露于相应的光辐射时永久转变至第二物理或化学状态的性质，由此，可以在延长的时间段内以光学功能成分的第一物理或化学状态和第二物理或化学状态来记录信息。在一些实施方式中，记录介质包括盘。此外，记录介质可以包括设置在纳米复合材料的相对两侧上的至少两个保护层。在一些实施方式中，纳米复合材料层的厚度足以允许多个内部信息存储层。在一些实施方式中，记录介质包括跟踪层，该跟踪层具有径向布置的可检测跟踪元件。合适的跟踪元件包括下述中的一个或更多个：磁性跟踪元件；光学跟踪元件；金属跟踪元件；以及物理跟踪元件(如凹坑或凹槽)。根据对示例性实施方式的以下描述，本专利技术的另外的特征、优点和应用将变得明显，示例性实施方式被提供以使本领域技术人员更全面地理解本专利技术的实施方式的本质和操作，但是示例性实施方式不应被认为限制了任何前述陈述中所述的或者在所附权利要求书中限定的本专利技术的范围。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。现在将参照附图描述本专利技术的实施方式，在附图中，相同的附图标记表示相同的特征，并且在附图中：图1示意性地示出了实施本专利技术的示例性盘形记录介质；图2是实施本专利技术的光学数据记录和读取装置的框图；图3示出了示例性记录/读取控制算法的简化流程图300；图4(a)和图4(b)是分别示出根据本专利技术的实施方式的并行记录和读取的方法的示意图；图5示出了测量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用作光学数据记录介质的纳米复合材料，所述纳米复合材料包括被嵌入在主体基质中的纳米粒子，其中：所述主体基质包括具有高结构稳定性的材料；以及所述纳米粒子包括光学功能成分，所述光学功能成分具有第一物理或化学状态并且具有在暴露于相应的光辐射时永久转变至第二物理或化学状态的性质，由此，能够在延长的时间段内以所述光学功能成分的第一物理或化学状态和第二物理或化学状态来记录信息。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.05 AU 20159040391.一种用作光学数据记录介质的纳米复合材料，所述纳米复合材料包括被嵌入在主体基质中的纳米粒子，其中：所述主体基质包括具有高结构稳定性的材料；以及所述纳米粒子包括光学功能成分，所述光学功能成分具有第一物理或化学状态并且具有在暴露于相应的光辐射时永久转变至第二物理或化学状态的性质，由此，能够在延长的时间段内以所述光学功能成分的第一物理或化学状态和第二物理或化学状态来记录信息。2.根据权利要求1所述的纳米复合材料，其中，所述主体基质包括杨氏模量超过1GPa的材料。3.根据权利要求1所述的纳米复合材料，其中，所述主体基质包括杨氏模量超过10GPa的材料。4.根据权利要求1所述的纳米复合材料，其中，所述主体基质包括杨氏模量超过20GPa的材料。5.根据权利要求1所述的纳米复合材料，其中，所述主体基质包括包含有机成分和无机成分的杂化复合材料。6.根据权利要求5所述的纳米复合材料，其中，所述主体基质包括有机聚合物和无机材料。7.根据权利要求6所述的纳米复合材料，其中，所述有机聚合物选自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯(PC)，并且所述无机材料选自金属或硅的一种或更多种氧化物。8.根据权利要求6所述的纳米复合材料，其中，所述主体基质的无机成分的比例超过50％。9.根据权利要求6所述的纳米复合材料，其中，所述主体基质的无机成分的比例超过70％。10.根据权利要求6所述的纳米复合材料，其中，所述主体基质的无机成分的比例超过80％。11.根据权利要求6所述的纳米复合材料，其中，所述主体基质的无机成分的比例超过90％。12.根据权利要求1所述的纳米复合材料，其中，所述光学功能成分包括光学发光纳米粒子。13.根据权利要求1所述的纳米复合材料，其中，所述光学功能成分包括掺杂有过渡金属离子的量子点。14.根据权利要求13所述的纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾敏，曹耀宇，甘棕松，李向平，本杰明·马斯福特，任浩然，张启明，
申请(专利权)人：上海纳光信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31