Concept de piano nano :Des rangées d'or, les nanoantennes en nœud papillon supportées par des piliers (en bas à gauche) peuvent être utilisées pour enregistrer des notes de musique distinctes, comme le montrent les images de microscopie à fond noir obtenues expérimentalement (en bas à droite). Ces notes particulières ont été utilisées pour composer "Twinkle, Scintillement, Little Star." Crédit :Université de l'Illinois
Des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign ont démontré le tout premier enregistrement d'audio codé optiquement sur une nanostructure plasmonique non magnétique, ouvrant la porte à de multiples usages dans le traitement de l'information et le stockage d'archives.
"Les dimensions de la puce sont à peu près équivalentes à l'épaisseur d'un cheveu humain, " a expliqué Kimani Toussaint, professeur agrégé de sciences mécaniques et d'ingénierie, qui a dirigé la recherche.
Spécifiquement, la propriété du film photographique présentée par une matrice d'or nouveau, les nanoantennes en nœud papillon (pBNA) supportées par des piliers – précédemment découvertes par le groupe de Toussaint – ont été exploitées pour stocker des fichiers sonores et audio. Comparé au film magnétique conventionnel pour le stockage de données analogiques, la capacité de stockage des pBNA est d'environ 5, 600 fois plus grand, indiquant une vaste gamme d'utilisations potentielles de stockage.
Pour démontrer ses capacités à stocker des fichiers sonores et audio, les chercheurs ont créé un clavier musical ou "nano piano, " en utilisant les notes disponibles pour jouer la chanson courte, "Scintillement, Scintillement, Petite étoile."
« Le stockage de données est un domaine intéressant à considérer, " dit Toussaint. " Par exemple, on peut envisager d'appliquer ce type de nanotechnologie pour valoriser la niche, mais toujours important, technologie analogique utilisée dans le domaine du stockage d'archives, comme l'utilisation de microfiches. En outre, notre travail a un potentiel sur puce, traitement de l'information basé sur la plasmonique."
Les chercheurs ont démontré que les pBNA pouvaient être utilisés pour stocker des informations sonores soit sous forme d'onde d'intensité variant dans le temps, soit sous forme d'onde d'intensité variant en fréquence. Huit notes de musique de base, y compris le do médian, RÉ, et E, ont été stockés sur une puce pBNA puis récupérés et lus dans l'ordre souhaité pour faire une mélodie.
"Une propriété caractéristique de la plasmonique est le spectre, " dit Hao Chen, un ancien chercheur postdoctoral au laboratoire PROBE de Toussaint et le premier auteur de l'article, "Enregistrement audio assisté par plasmon, " apparaissant dans la revue Nature Publishing Group Rapports scientifiques . "Provenant d'un effet thermique induit par le plasmon, des changements morphologiques bien contrôlés à l'échelle nanométrique permettent jusqu'à un décalage spectral de 100 nm à partir des nanoantennes. En utilisant ce degré de liberté spectral comme coordonnée d'amplitude, la capacité de stockage peut être améliorée. De plus, bien que notre enregistrement audio se soit concentré sur le stockage de données analogiques, en principe, il est toujours possible de passer au stockage de données numériques en faisant en sorte que chaque nœud papillon serve d'unité bit 1 ou 0. En modifiant la taille du nœud papillon, il est possible d'améliorer encore la capacité de stockage."
L'équipe a précédemment démontré que les pBNA subissent une conduction thermique réduite par rapport aux nanoantennes en nœud papillon standard et peuvent facilement devenir chauds lorsqu'ils sont irradiés par une lumière laser de faible puissance. Chaque antenne nœud papillon mesure environ 250 nm de diamètre, avec chacun pris en charge sur des poteaux de dioxyde de silicium de 500 nm de haut. Une conséquence de ceci est que l'éclairage optique entraîne une fusion subtile de l'or, et donc une modification de la réponse optique globale. Cela se traduit par une différence de contraste sous un éclairage en lumière blanche.
Des rangées d'or, les nanoantennes en nœud papillon à piliers peuvent être utilisées pour enregistrer des notes de musique distinctes. Crédit :Université de l'Illinois
"Notre approche est analogue à la méthode du 'son optique, ' qui a été développé vers les années 1920 dans le cadre de l'effort pour faire des films 'parlants', " l'équipe a déclaré dans son document. " Bien qu'il y ait eu des variations de ce processus, ils partageaient tous le même principe de base. Un micro audio, par exemple., un microphone, module électriquement une source de lampe. Les variations de l'intensité de la source lumineuse sont codées sur un film photographique semi-transparent (par exemple, comme variation de surface) au fur et à mesure que le film est traduit dans l'espace. Le décodage de ces informations est réalisé en éclairant le film avec la même source lumineuse et en captant les changements de la transmission lumineuse sur un détecteur optique, qui à son tour peut être connecté à des haut-parleurs. Dans l'ouvrage que nous présentons ici, les pBNA jouent le rôle du film photographique que nous pouvons encoder avec des informations audio via une écriture laser directe dans un microscope optique."
Dans leur approche, les chercheurs enregistrent des signaux audio en utilisant un microscope pour balayer un faisceau laser modulé par le son directement sur leurs nanostructures. La récupération et la lecture ultérieure sont réalisées en utilisant le même microscope pour imager la forme d'onde enregistrée sur un appareil photo numérique, moyennant quoi un traitement de signal simple peut être effectué.
En plus de Toussaint et Chen, les co-auteurs de l'équipe PROBE incluent Abdul Bhuiya et Qing Ding, tous deux étudiants diplômés en génie électrique et informatique.
