【摘 要】
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全息存储技术因同时具备高密度、低能耗、高冗余度和抗干扰等特性,已成为信息存储的重要方式。发展性能优异的光敏感介质是构筑先进光学信息存储系统的前提。光致变色材料在激光辐照下,展现出许多优异的光学性质,其中无机半导体复合体系因其无毒性、制备简单、成本低等优势,引起研究者们的广泛关注。纤锌矿ZnO是典型的宽禁带半导体材料,其电子迁移率高、激子束缚能大,纳米微结构丰富多样,可以被制备成纳米线、纳米管、纳米
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全息存储技术因同时具备高密度、低能耗、高冗余度和抗干扰等特性,已成为信息存储的重要方式。发展性能优异的光敏感介质是构筑先进光学信息存储系统的前提。光致变色材料在激光辐照下,展现出许多优异的光学性质,其中无机半导体复合体系因其无毒性、制备简单、成本低等优势,引起研究者们的广泛关注。纤锌矿ZnO是典型的宽禁带半导体材料,其电子迁移率高、激子束缚能大,纳米微结构丰富多样,可以被制备成纳米线、纳米管、纳米片等多种低维结构。ZnO一维纳米线具有优异的物理化学性质,已被应用于光催化、光电化学、表面增强拉曼等多个领域,特别是其抗弯折性有望拓宽在柔性器件中的应用。但在全息存储领域,基于ZnO纳米线的研究鲜有报道。为填补该领域的研究空白、明确ZnO纳米线基复合体系全息存储的微观机制,本论文开展了以下几方面的工作:（1）采用两步水热法进行ZnO纳米线的制备,通过控制水热时间得到了三种不同长度的ZnO纳米线。通过扫描电子显微镜的测试,对三种样品的表面形貌和纳米线长度进行了分析,并对比了不同长度下纳米线的表面密度和线直径分布。为探究样品的缺陷及光学性质,我们分别进行了电子顺磁共振、吸收光谱和光致发光光谱的测试。结果表明水热法制备的ZnO纳米线内部存在氧缺陷,在可见光波段具备一定的光吸收能力。（2）针对Ag/ZnO纳米线复合体系中存在的金属向半导体电子转移效率低、不易全息存储的困难,提出使用浸泡法来制备高透明度的Ag+/ZnO纳米复合薄膜。基于“电子逆向转移”过程,在蓝紫激光的辐照下,ZnO被激发所产生的导带电子通过纳米线界面转移至Ag+离子,进行还原反应,实现了银从一价到零价的转变。而一维纳米线的空间限域效应进一步促进了Ag纳米棒的形成。通过Ag+离子/Ag纳米棒的空间交替排布,实现了全息光学存储。此外还发现,纳米线阵列表面均匀性和光散射特性强烈依赖于水热生长时间,1小时水热生长的Ag/ZnO纳米线阵列展现出最高的全息衍射效率,并能实现红光探测下的全息图重构。该部分工作为ZnO在短波长光存储中的应用开辟了新的途径。（3）针对WO3自身可逆光致变色所导致的全息存储稳定性差的难题,采用滴涂法制备了WO3纳米粒子/ZnO纳米线复合薄膜。高分辨率透射电子显微镜测试结果证实在复合体系中形成了点/线异质界面。在蓝紫光刺激下,WO3价带形成的光生空穴通过点/线界面转移至ZnO价带,有效抑制了电子-空穴对的再复合,光吸收幅度显著提升,光致变色性能增强。该空间分散的电荷转移通道使WO3着色后的弛豫时间延长至26000 s,有利于全息存储稳定读出。在2 m W低功率全息写入下,复合体系的衍射效率仍可达到1.1%。同时,利用共聚焦显微镜,在ZnO纳米线阵列中观测到WO3/HxWO3空间交替排布的持久性全息条纹。由于ZnO纳米线的引入,复合体系在全可见区的光致变色能力得到提升,利用红（671 nm）、绿（532 nm）和蓝（473 nm）激光作为探测光,实现了三基色全息图重构。该部分工作为开发高密度光存储与全彩色激光显示一体化的纳米器件提供了重要思路。
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