Linksonder de plasmonische nanoantennes met goud bedekt (afb: univ.v.Illinois)
Onderzoekers van de universiteit van Illinois zouden voor het eerst muziek optisch gecodeerd hebben vastgelegd op een zogeheten plasmonische nanostructuur. Het opslagmedium maakt geen gebruik van magnetisme en zou een vervanger moeten zijn van de huidige analoge opslagmedia zoals magneetbanden of microfilms. De nano-antennes zouden echter ook digitaal gebruikt kunnen worden. Deze nanostructuur zou dat 5600 keer compacter doen dan de bestaande analoge opslagtechnieken.
“De afmetingen van de chip zijn ruwweg die van een mensenhaar”, zegt onderzoeker Kimani Toussaint. Het opslagmedium zelf bestaat uit een raster van plasmonische nano-antennes met goud als ‘drager’. Een plasmon is een quasideeltje, in feite de aangeslagen toestand van de elektronen in een geleidend materiaal. Doordat we het over vele elektronen hebben kan zo’n antenne fungeren als een analoge opnemer. De fotografische eigenschappen daarvan waren al eerder door de groep rond Toussaint ontdekt.
Het opslagmedium is gebruikt voor analoog geluid, maar is daar niet toe beperkt. Om de mogelijkheden van de plasmonische ‘vlinderdasnanostructuur’ te demonstreren, maakten de wetenschappers een nanopiano die Twinkle, twinkle little star speelde. Toussaint: “Gegevensopslag is een mooi onderwerp. Je kunt deze nanotechnologie bijvoorbeeld gebruiken om een nichetechnologie, die toch niet onbelangrijk is, vooruit te helpen in de archivering zoals de microfilms. Ook houdt deze ontwikkeling mogelijkheden in op het gebied van, plasmonische, informatieverwerking.”
De onderzoekers toonden dat met deze techniek geluid is op te slaan, dus. “Het karakteristieke van plamonica is het spectrum”, zegt medeonderzoeker Hao Chen. “Door het thermisch plasmoneffect is het spectrum van de nano-antennes heel secuur tot 100 nm te regelen. Door deze spectrale vrijheidsgraad te gebruiken als amplitudecoördinaat, kan de opslagcapaciteit worden vergroot. Hoewel we de geluidsopname analoog hebben vastgelegd, is het ook mogelijk dit systeem digitaal te gebruiken, door de antennes als nullen of enen te laten fungeren. Door de afmetingen van de ‘vlinderdas’ te verkleinen, kan de opslagcapaciteit dan worden vergroot.” Eerder al hadden de onderzoekers aangetoond dat de plasmonische vinderdasnano-antennes veel minder last hebben van de warmte dan de standaard nanostructuren. Die kunnen heet worden door bestraling met laagenergetisch laserlicht. Elke antenne heeft een dikte van 250 nm, die wordt ondersteund door siliciumoxidepijlers van 500 nm. Het werkzame materiaal is goud. Dat smelt licht door bestraling, waardoor de optische eigenschappen veranderen. Dat heeft als resultaat een verschil in contrast onder wit licht.
De benadering van de onderzoekers is analoog aan de methode van het optisch vastleggen van geluid, die in de jaren 20 werd ontwikkeld voor de geluidsfilm. Er zijn diverse technieken uitgeprobeerd, maar die delen hetzelfde basisprincipe. Een geluidsopnemer, bijvoorbeeld een microfoon, moduleert elektrisch een lamp. De veranderingen in de lichtintensiteit worden vastgelegd op een halftransparante, lichtgevoelige film. Het uitlezen van die vastgelegde informatie wordt bereikt door de film met dezelfde lichtbron te beschijnen en de veranderingen van de intensiteit op te pikken met een optische sensor, die op zijn beurt weer is verbonden met de luidsprekers. In dit geval spelen de plasmonische vlinderdasnano-antennes de rol van de film, waarop de geluidsinformatie terechtkomt via het beschrijven met een laser door een optische microscoop. De opgeslagen informatie kan weer worden afgespeeld door met dezelfde microscoop de opgenomen golfvorm op een digitale camera te projecteren, waarbij simpele signaalverwwerking kan worden gebruikt. Dat beeld moet dan vervolgens weer worden omgezet in geluid.
Bron: Science Daily