上世纪80年代，科学家发明了一种奇特的激光——飞秒激光，它具有超快、超强和超宽频谱的特点，现在很多眼科近视矫正手术都用到了飞秒激光。不过，飞秒激光与物质相互作用的机理错综复杂，仍然存在很多疑问，连科研人员都琢磨不透它的“脾气”。1月21日，《科学》刊登浙江大学光电科学与工程学院教授邱建荣团队最新成果。
该研究团队发现了飞秒激光诱导的空间选择性微纳分相和离子交换规律，开拓了飞秒激光三维极端制造新技术，首次在无色透明的玻璃材料内部实现了带隙可控的三维半导体纳米晶结构。这将为新一代显示和存储技术提供新的方向。飞秒激光，顾名思义就是在飞秒的时间段内发出的脉冲激光，也就意味着能量在飞秒间释放。飞秒激光有何惊人之处？
一是瞬时峰值功率非常高，二是能聚焦到比头发的直径还要小的空间区域内，使电磁场的强度比原子核对其周围电子的作用力还要高。这样的强度远远超过了原子内部相互作用的库仑场，所以，飞秒激光脉冲能轻易使电子脱离原子的束缚，形成等离子体。正是因为具有超快、超强的特点，飞秒激光被广泛应用于信息、环境、能源、医疗等各个领域。邱建荣团队长期从事飞秒激光与材料相互作用研究，并取得一系列高度原创的重要突破。
比如他们发现了飞秒激光诱导折射率变化、偏振依赖纳米光栅、沿激光传播方向周期性纳米孔洞等新现象和新机制，开拓了空间选择性操控离子价态、直写三维光波导、析出和擦除功能纳米晶体等新技术，部分成果已经在集成光路、光通信等领域得到应用。取得这次成果的第一步是制备均匀透明玻璃。接下来的一步就是把飞秒激光聚焦照射到玻璃内部。
在经过精心设计和一系列优化后，该团队最终达成了理想的超快激光精雕工艺，成功在玻璃内部实现了组分可调的钙钛矿纳米晶，在“一瞬间”的时间尺度随心所欲完成结构和性能操控。
团队以含Cl-Br-I的卤氧化物复合玻璃为例，实现了在玻璃中具有可调谐成分和带隙的钙钛矿纳米晶3D直接光刻，形成的纳米晶在紫外线照射、有机溶液浸泡和250摄氏度高温环境中表现出显著的稳定性，展示了这种3D结构纳米材料在光存储、Micro-LED和全息显示方面的应用。此研究的一个应用方向就是三维、四维甚至更多维度的光存储。
“现有的存储设备多为磁存储，有一些缺点，一是使用寿命只有3到5年，二是耗能比较大，散热要求高。”论文通讯作者之一、之江实验室谭德志博士表示，光存储不仅功耗小，而且容量有望达到1PB/光盘，将是一个大有可为的发展方向，预期存储寿命将达到几百万年之久。