Onderzoekers van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign hebben de allereerste opname van optisch gecodeerde audio op een niet-magnetische plasmonische nanostructuur gedemonstreerd. de deur openen voor meervoudig gebruik in informatieverwerking en archiefopslag.

"De afmetingen van de chip zijn ongeveer gelijk aan de dikte van mensenhaar, " legde Kimani Toussaint uit, een universitair hoofddocent mechanische wetenschappen en techniek, die het onderzoek leidde.

specifiek, de fotografische filmeigenschap tentoongesteld door een reeks nieuw goud, door pilaren ondersteunde bowtie-nanoantennes (pBNA's) - eerder ontdekt door de groep van Toussaint - werden uitgebuit om geluids- en audiobestanden op te slaan. Vergeleken met de conventionele magnetische film voor analoge gegevensopslag, de opslagcapaciteit van pBNA's is ongeveer 5, 600 keer groter, wijst op een breed scala aan potentiële opslagtoepassingen.

Om zijn mogelijkheden om geluids- en audiobestanden op te slaan te demonstreren, de onderzoekers creëerden een muzikaal keyboard of "nano piano, " de beschikbare noten gebruiken om het korte nummer te spelen, "Twinkelen, Twinkelen, Kleine ster."

"Gegevensopslag is een interessant gebied om over na te denken, ' zei Toussaint. 'Bijvoorbeeld men kan overwegen om dit soort nanotechnologie toe te passen om de niche te verbeteren, maar toch belangrijk analoge technologie die wordt gebruikt op het gebied van archiefopslag, zoals het gebruik van microfiches. In aanvulling, ons werk biedt mogelijkheden voor on-chip, plasmonische informatieverwerking."

De onderzoekers toonden aan dat de pBNA's kunnen worden gebruikt om geluidsinformatie op te slaan, hetzij als een tijdelijk variërende intensiteitsgolfvorm of een frequentievariabele intensiteitsgolfvorm. Acht basis muzieknoten, inclusief middelste C, NS, en E, werden opgeslagen op een pBNA-chip en vervolgens opgehaald en afgespeeld in een gewenste volgorde om een ​​deuntje te maken.

"Een kenmerkende eigenschap van plasmonica is het spectrum, " zei Hao Chen, een voormalig postdoctoraal onderzoeker in het PROBE-laboratorium van Toussaint en de eerste auteur van het artikel, "Plasmon-ondersteunde audio-opname, " verschijnen in de Nature Publishing Group's Wetenschappelijke rapporten . "Afkomstig van een door plasmon geïnduceerd thermisch effect, goed gecontroleerde morfologische veranderingen op nanoschaal maken een spectrale verschuiving van 100 nm mogelijk vanaf de nanoantennes. Door deze spectrale vrijheidsgraad als amplitudecoördinaat te gebruiken, de opslagcapaciteit kan worden verbeterd. Bovendien, hoewel onze audio-opnames gericht waren op analoge gegevensopslag, in principe is het nog steeds mogelijk om te transformeren naar digitale gegevensopslag door elke vlinderdas als eenheidsbit 1 of 0 te laten dienen. Door de grootte van de vlinderdas aan te passen, het is haalbaar om de opslagcapaciteit verder te verbeteren."

Het team heeft eerder aangetoond dat pBNA's een verminderde thermische geleiding ervaren in vergelijking met standaard vlinderdas-nanoantennes en gemakkelijk heet kunnen worden wanneer ze worden bestraald met laserlicht met een laag vermogen. Elke vlinderdas-antenne heeft een diameter van ongeveer 250 nm, met elk ondersteund op 500 nm hoge siliciumdioxidepalen. Een gevolg hiervan is dat optische verlichting resulteert in subtiel smelten van het goud, en dus een verandering in de algehele optische respons. Dit komt tot uiting als een verschil in contrast onder witlichtverlichting.

"Onze aanpak is analoog aan de methode van 'optisch geluid, ' die rond 1920 werd ontwikkeld als onderdeel van de poging om 'sprekende' films te maken, zei het team in zijn krant. "Hoewel er variaties op dit proces waren, ze deelden allemaal hetzelfde basisprincipe. Een audio-pickup, bijv. een microfoon, een lampbron elektrisch moduleert. Variaties in de intensiteit van de lichtbron worden gecodeerd op semi-transparante fotografische film (bijv. als variatie in gebied) als de film ruimtelijk vertaald wordt. Het decoderen van deze informatie wordt bereikt door de film met dezelfde lichtbron te belichten en de veranderingen in de lichttransmissie op een optische detector op te pikken, die op hun beurt kunnen worden aangesloten op luidsprekers. In het werk dat we hier presenteren, de pBNA's dienen de rol van de fotografische film die we kunnen coderen met audio-informatie via direct laserschrijven in een optische microscoop."

In hun aanpak de onderzoekers nemen audiosignalen op door met een microscoop een geluidsgemoduleerde laserstraal rechtstreeks op hun nanostructuren te scannen. Ophalen en vervolgens afspelen wordt bereikt door dezelfde microscoop te gebruiken om de opgenomen golfvorm op een digitale camera af te beelden, waardoor eenvoudige signaalverwerking kan worden uitgevoerd.

Naast Toussaint en Chen, co-auteurs van het PROBE-team zijn Abdul Bhuiya en Qing Ding, beide afgestudeerde studenten in elektrotechniek en computertechniek.