随着互联网、社交媒体和人工智能的发展，全球每天产生的数据量正在激增，计算机对新的存储技术有了更迫切的需求，这需要新的技术有极高的存储密度，并能长期且安全地存储数据。
用离子束将信息写入光学活性原子缺陷（左），用阴极发光或光致发光读取信息（右）
德累斯顿-罗森多夫亥姆霍兹中心（Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf，HZDR）领导的一个国际研究小组现在提出一种利用碳化硅半导体材料有原子级缺陷的特性来长期存储数据的新技术。
研究小组在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）杂志上报告说，这些缺陷是由聚焦离子束产生的，具有空间分辨率高、写入速度快、存储单个比特能量低等特点。
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快速增长的数据
2012年，全球数据超过1泽字节（ZB，2^70B），标志着泽字节时代的到来。据最新估计，现在互联网每天产生的新数据约为3.3亿TB，并在以指数级增长，仅在过去两年中全球的数据就增长了90%。
预计到2025年年数据产量将达到100ZB以上。数据中心的能源消耗约占全球电力生产的1%，并预计到2030年可能增至3%～13%。现有的存储技术如磁存储、光盘和固态硬盘在存储密度和长期存储方面存在局限。
而且，目前的数据存储介质有保质期，为了数据安全需要几年进行一次数据迁移。如果存储技术再不改变，未来我们除了陷入永久数据迁移操作之外，还会在此过程中会消耗大量能源。
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物理规律制约存储的上限
目前，磁性存储器是大容量的数据存储首选的解决方案，但物理规律限制了存储密度的上限。想要提高存储密度，就必须缩小磁性颗粒的尺寸。
但这样一来，材料中的热波动和扩散过程对存储寿命的影响大到不可忽视。调整材料的磁性能抑制这种影响，但代价是需要耗费更大的能量。
同样，光学存储的性能也受到物理规律的制约。光线的衍射极限要求最小记录位的宽度不能小于光波长的一半，这就限定了光存储的极限。
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碳化硅可能是近期出路
碳化硅在原子尺度有硅空位缺陷，也就是某些晶格部位没有硅原子，这种缺陷部位在电子束或激光激发下能够发光，在室温状态下这种缺陷可以保持1000万年以上，非常适合长期存储数据。
研究人员利用由聚焦的质子或氦离子束主动在碳化硅中引入缺陷，用阴极发光或光致发光读取信息，具有空间分辨率高、写入速度快、存储单个比特能量低等特点。
为了在有限的体积中能够存储更多的数据，他们使用了灰度编码和多层存储技术。他们用不同能量的聚焦离子束在碳化硅中形成不同密度的硅空位缺陷，并利用这些缺陷发出不同亮度的光来对应不同数据信息。他们采用了8位灰度编码，也就是说每个存储单元不再是0和1。利用灰度编码，可以在有限的空间内存储更多的信息。
微米尺度下灰度编码的碳化硅
他们将碳化硅做成50nm厚的薄膜并多层堆叠，通过控制横向位置和深度以及缺陷数量，实现了数据4D编码，目前他们实现了堆叠10层不会出现层间串扰。
多层存储
碳化硅存储技术本质上也是一种光存储技术，储存单元也一样不能小于波长的一半。研究人员用波长更短的聚焦电子束代替激光，提高了空间分辨率。目前的碳化硅存储密度是用光存储时10层×75Gbit/in2，为750Gbit/in2与当前光存储数据相当。用电子束能达到单层300Gbit/in2的存储密度，超过了当前磁性存储的记录，不过耗能更高。
这种存储技术最大的优势还是数据可以长久保存，碳化硅存储在高温下时间会缩短，100℃时能保持9千年，22℃时能保存1100万年。
100℃保存9千年，22℃保存1100万年
