近日，昆明理工大学材料科学与工程学院杨正文团队与南京大学徐挺团队以及清华大学等合作方在基于稀土掺杂光子功能材料的片上集成方面取得突破性进展，首次发现了具有可重构忆阻行为的多色光致变色微晶PMO，并结合光刻等手段实现了该材料的片上集成阵列。该研究实现了光学的互锁-级联哈希时空自加密，对于我国重要海外实体资产安全以及关键核心技术的防克隆、防破解提供了新的解决方案。相关成果以“Spatiotemporal Self-Encrypted Interlock-Cascade-Hashing Optical Storage Based on Multicolor Photochromic Lithographic Array/基于多色光致变色光刻阵列的时空自加密互锁-级联哈希光学存储”为题，发表在材料学领域国际顶尖期刊《Advanced Materials》上。

研究展示了一种多色光致变色的镱铒稀土离子掺杂钼酸铅微晶，当分别暴露于405纳米、473纳米和808纳米的光时，它能够在浅黄色、灰色和粉色之间切换。这种微晶材料无需外部条件（如热场或电场）即可运行，使其成为需要全光解决方案的集成光子器件的理想选择。灰色和粉色通道表现出出色的可逆性和耐用性，其调制比（ΔRm）分别为60%和99%。灰色和粉色通道的光致变色机制分别归因于铅和钼之间的金属到金属电荷转移（MMCT）以及氧空位色心。灰色通道是易失性的，而粉色通道则表现出卓越的非易失性，在超过1500天内保持稳定。这些独特的特性使得时空自加密光学信息存储成为可能。利用 PMO 和掩模图案化光刻阵列我们提出了一种新的光学加密范例：联锁级联哈希设备。与区块链加密技术类似，不同的明文（信息）被编码在单独的光致变色通道中，并叠加在相同的介质内。每个明文只有在前一个被解密之后才能被解密（级联性），并且解密必须在特定的时间范围内进行，以防止信息蒸发（互锁性）。否则，整个明文将受到硬件级别的自毁。这种方法特别适用于涉及高价值资产或知识产权的应用，提供了强大的防克隆和防破解措施。

PMO的多色光致变色特性，不仅使得其在不同波长光源下的颜色状态变化互不干扰，还能为信息存储提供独特的安全性。研究团队利用这一特性提出了时空自加密光学信息存储方案。在该方案中，不同的光致变色通道（灰色和粉色通道）分别用于存储不同需求的加密信息（不可公开的私钥/可公开的公钥+明文），每个信息块只能在特定的时间窗口内解密，超出时间限制后，信息将物理意义上的“蒸发”。该设计需要定时授权，而时间窗口则保证以目前超级计算机的算力无法破解。

通过光刻技术，研究团队还将PMO微晶材料集成到光学芯片上，开发了集成光学阵列。这些阵列不仅能够实现多种加密模式，还能通过硬件级别的加密保障信息的安全存储。与传统的软件加密系统不同，这一技术通过在光学材料中直接实现加密，不仅提高了安全性，还能有效防止信息被破解和篡改。

这一创新性工作不仅为抗破解和防克隆技术的发展提供了新思路，也为高价值资产的安全存储提供了更为可靠的解决方案。随着量子计算等新兴技术的崛起，PMO材料的自加密特性及其在集成光学阵列中的应用，可能会成为未来信息安全领域的重要基础。

昆明理工大学为论文第一通讯单位。论文通讯作者：杨正文，徐赞（昆明理工大学）；徐挺（南京大学）；周济院士（清华大学）；廖佳燕（悉尼科技大学）；第一作者：徐赞博士（昆明理工大学），共同第一作者：刘明泽博士（南京大学）。该研究得到了国家自然科学面上基金和青年基金，云南省重大专项、云南省西南联合研究生院科技项目等省级项目基金，以及悉尼科技大学校长研究奖学金计划、澳大利亚国家健康和医学研究委员会基金等的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1002/adma.202506247

（供稿：材料科学与工程学院）