I ricercatori dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign hanno dimostrato la prima registrazione di audio codificato otticamente su una nanostruttura plasmonica non magnetica, aprendo la porta a molteplici usi nell'elaborazione delle informazioni e nell'archiviazione.

"Le dimensioni del chip sono approssimativamente equivalenti allo spessore di un capello umano, " ha spiegato Kimani Toussaint, professore associato di scienze meccaniche e ingegneria, che ha condotto la ricerca.

Nello specifico, la proprietà del film fotografico esibita da una serie di nuovi ori, le nanoantenne bowtie (pBNA) supportate da pilastri, scoperte in precedenza dal gruppo di Toussaint, sono state sfruttate per archiviare file audio e audio. Rispetto alla pellicola magnetica convenzionale per l'archiviazione di dati analogici, la capacità di stoccaggio dei pBNA è di circa 5, 600 volte più grande, indicando una vasta gamma di potenziali usi di archiviazione.

Per dimostrare le sue capacità di memorizzare file audio e audio, i ricercatori hanno creato una tastiera musicale o "nano piano, " utilizzando le note disponibili per riprodurre il brano breve, "Scintillio, Scintillio, Stellina."

"L'archiviazione dei dati è un'area interessante su cui riflettere, " Ha detto Toussaint. "Per esempio, si può considerare l'applicazione di questo tipo di nanotecnologia per migliorare la nicchia, ma comunque importante, tecnologia analogica utilizzata nell'area dell'archiviazione, come l'utilizzo di microfiche. Inoltre, il nostro lavoro ha un potenziale per on-chip, elaborazione delle informazioni basata su plasmonici."

I ricercatori hanno dimostrato che i pBNA potrebbero essere utilizzati per memorizzare informazioni sonore sia come forma d'onda a intensità variabile nel tempo che come forma d'onda a intensità variabile in frequenza. Otto note musicali di base, compreso il do centrale, D, ed E, sono stati memorizzati su un chip pBNA e quindi recuperati e riprodotti nell'ordine desiderato per creare una melodia.

"Una proprietà caratteristica della plasmonica è lo spettro, " disse Hao Chen, un ex ricercatore post-dottorato nel laboratorio PROBE di Toussaint e il primo autore dell'articolo, "Registrazione audio assistita da Plasmon, " che appare nel Nature Publishing Group's Rapporti scientifici . "Proveniente da un effetto termico indotto da plasmoni, cambiamenti morfologici su nanoscala ben controllati consentono uno spostamento spettrale fino a 100 nm dalle nanoantenne. Impiegando questo grado di libertà spettrale come coordinata di ampiezza, la capacità di archiviazione può essere migliorata. Inoltre, sebbene la nostra registrazione audio si sia concentrata sull'archiviazione di dati analogici, in linea di principio è ancora possibile passare alla memorizzazione digitale dei dati facendo in modo che ogni papillon funga da bit 1 o 0 di unità. Modificando le dimensioni del papillon, è possibile migliorare ulteriormente la capacità di stoccaggio."

Il team ha precedentemente dimostrato che i pBNA sperimentano una conduzione termica ridotta rispetto alle nanoantenne a farfalla standard e possono facilmente surriscaldarsi se irradiati da luce laser a bassa potenza. Ogni antenna bowtie ha dimensioni di circa 250 nm, con ciascuno supportato su perni di biossido di silicio alti 500 nm. Una conseguenza di ciò è che l'illuminazione ottica provoca una sottile fusione dell'oro, e quindi un cambiamento nella risposta ottica complessiva. Questo si presenta come una differenza di contrasto sotto l'illuminazione a luce bianca.

"Il nostro approccio è analogo al metodo del 'suono ottico, ' che è stato sviluppato intorno agli anni '20 come parte dello sforzo di realizzare film "parlanti", " ha detto il team nel suo documento. "Sebbene ci fossero variazioni di questo processo, condividevano tutti lo stesso principio di base. Una ripresa audio, per esempio., un microfono, modula elettricamente una sorgente luminosa. Le variazioni nell'intensità della sorgente luminosa sono codificate su pellicola fotografica semitrasparente (ad es. come variazione di area) in quanto il film viene traslato spazialmente. La decodifica di queste informazioni si ottiene illuminando la pellicola con la stessa sorgente luminosa e captando i cambiamenti nella trasmissione della luce su un rilevatore ottico, che a sua volta può essere collegato agli altoparlanti. Nel lavoro che qui presentiamo, i pBNA svolgono il ruolo della pellicola fotografica che possiamo codificare con informazioni audio tramite scrittura laser diretta in un microscopio ottico".

Nel loro approccio, i ricercatori registrano segnali audio utilizzando un microscopio per scansionare un raggio laser modulato dal suono direttamente sulle loro nanostrutture. Il recupero e la successiva riproduzione si ottengono utilizzando lo stesso microscopio per visualizzare la forma d'onda registrata su una fotocamera digitale, per cui è possibile eseguire una semplice elaborazione del segnale.

Oltre a Toussaint e Chen, i coautori del team PROBE includono Abdul Bhuiya e Qing Ding, entrambi laureati in ingegneria elettrica e informatica.