Nano -klaverer vuggevise kan betyde lagergennembrud

Forskere fra University of Illinois i Urbana-Champaign har demonstreret den første optagelse af optisk kodet lyd på en ikke-magnetisk plasmonisk nanostruktur, åbner døren for flere anvendelser inden for informationsbehandling og arkivering.

"Chips dimensioner svarer nogenlunde til tykkelsen af ​​menneskehår, "forklarede Kimani Toussaint, lektor i mekanisk videnskab og teknik, der ledede forskningen.

Specifikt, den fotografiske film ejendom udstillet af en række nye guld, søjleunderstøttede bowtie nanoantennas (pBNA'er)-tidligere opdaget af Toussaint's gruppe-blev udnyttet til at gemme lyd- og lydfiler. Sammenlignet med den konventionelle magnetiske film til analog datalagring, lagerkapaciteten af ​​pBNA'er er omkring 5, 600 gange større, hvilket angiver en lang række potentielle opbevaringsanvendelser.

For at demonstrere sine evner til at gemme lyd- og lydfiler, forskerne skabte et musikalsk keyboard eller "nano klaver, "ved hjælp af de tilgængelige noter til at afspille den korte sang, "Glitre, Twinkle, Lille stjerne."

"Datalagring er et interessant område at tænke på, "Sagde Toussaint." For eksempel, man kan overveje at anvende denne type nanoteknologi til at forbedre nichen, men stadig vigtigt, analog teknologi, der bruges inden for arkivlagring, f.eks. ved hjælp af mikrofiche. Ud over, vores arbejde rummer potentiale for on-chip, plasmonbaseret informationsbehandling. "

Forskerne demonstrerede, at pBNA'erne kunne bruges til at lagre lydinformation, enten som en bølgeform med tidsmæssigt varierende intensitet eller en bølgeform med frekvensvarierende intensitet. Otte grundlæggende musiknoter, herunder midten C, D, og E, blev gemt på en pBNA -chip og derefter hentet og afspillet i en ønsket rækkefølge for at lave en melodi.

"En karakteristisk egenskab ved plasmonik er spektret, "sagde Hao Chen, en tidligere postdoktor i Toussaint's PROBE -laboratorium og den første forfatter til papiret, "Plasmon-assisteret lydoptagelse, "optræder i Nature Publishing Groups Videnskabelige rapporter . "Stammer fra en plasmoninduceret termisk effekt, velkontrollerede nanoskala morfologiske ændringer tillader så meget som et 100 nm spektralt skift fra nanoantennerne. Ved at anvende denne spektrale grad af frihed som en amplitude-koordinat, lagerkapaciteten kan forbedres. I øvrigt, selvom vores lydoptagelse fokuserede på analog datalagring, i princippet er det stadig muligt at omdanne til digital datalagring ved at få hver bowtie til at fungere som en enhed bit 1 eller 0. Ved at ændre størrelsen på bowtie, det er muligt at forbedre lagerkapaciteten yderligere. "

Teamet demonstrerede tidligere, at pBNA'er oplever reduceret termisk ledning i forhold til standard bowtie nanoantenner og kan let blive varme, når de bestråles af lavdrevet laserlys. Hver bowtie -antenne er cirka 250 nm på tværs i dimensioner, med hver understøttet på 500 nm høje siliciumdioxidpæle. En konsekvens af dette er, at optisk belysning resulterer i en subtil smeltning af guldet, og dermed en ændring i det samlede optiske respons. Dette viser sig som en forskel i kontrast under hvidt lys.

"Vores tilgang er analog med metoden med 'optisk lyd, 'som blev udviklet omkring 1920'erne som en del af bestræbelserne på at lave' talende 'film, "sagde teamet i sit papir." Selvom der var variationer af denne proces, de delte alle det samme grundprincip. En lydoptagelse, f.eks., en mikrofon, modulerer elektrisk en lampekilde. Variationer i lyskildens intensitet er kodet på halvgennemsigtig fotografisk film (f.eks. som variation i område), da filmen er rumligt oversat. Afkodning af disse oplysninger opnås ved at belyse filmen med den samme lyskilde og opfange ændringerne i lystransmissionen på en optisk detektor, som igen kan tilsluttes højttalere. I det arbejde, vi præsenterer her, pBNA'erne tjener rollen som den fotografiske film, som vi kan kode med lydinformation via direkte laserskrivning i et optisk mikroskop. "

I deres tilgang, forskerne optager lydsignaler ved hjælp af et mikroskop til at scanne en lydmoduleret laserstråle direkte på deres nanostrukturer. Hentning og efterfølgende afspilning opnås ved at bruge det samme mikroskop til at billede den optagne bølgeform på et digitalt kamera, hvorved enkel signalbehandling kan udføres.

Udover Toussaint og Chen, medforfattere på PROBE-teamet inkluderer Abdul Bhuiya og Qing Ding, både kandidatstuderende i el- og computerteknik.