«Размеры чипа примерно соответствуют толщине человеческого волоса», — пояснил Кимани Туссен, доцент кафедры механики и инженерии, руководивший исследованием.В частности, свойство фотопленки, демонстрируемое множеством новых золотых наноантенн-бабочек (pBNA), ранее обнаруженных группой Туссена, было использовано для хранения звуковых и аудиофайлов. По сравнению с обычной магнитной пленкой для хранения аналоговых данных емкость pBNA примерно в 5600 раз больше, что указывает на широкий спектр потенциальных применений для хранения.
Чтобы продемонстрировать его способность хранить звуковые и аудиофайлы, исследователи создали музыкальную клавиатуру или «нано-пианино», используя доступные ноты для воспроизведения короткой песни «Twinkle, Twinkle, Little Star».«Хранение данных — одна интересная область для размышлений», — сказал Туссен. «Например, можно рассмотреть возможность применения этого типа нанотехнологии для расширения нишевой, но все еще важной аналоговой технологии, используемой в области архивного хранения, такой как использование микрофиш.
Кроме того, наша работа имеет потенциал для встроенных в микросхем плазмонных технологий. обработка информации."Исследователи продемонстрировали, что pBNA могут использоваться для хранения звуковой информации либо в виде волны с изменяющейся во времени интенсивности, либо в виде волны с изменяющейся интенсивностью по частоте.
Восемь основных музыкальных нот, включая средние C, D и E, были сохранены на микросхеме pBNA, а затем извлечены и воспроизведены в желаемом порядке для создания мелодии.«Характерным свойством плазмоники является спектр», — сказал Хао Чен, бывший научный сотрудник лаборатории PROBE Туссена и первый автор статьи «Плазмонная аудиозапись», опубликованной в научных отчетах Nature Publishing Group. «Происходящие из-за вызванного плазмонами теплового эффекта, хорошо контролируемые морфологические изменения в наномасштабе допускают спектральный сдвиг на 100 нм от наноантенн.
Используя эту спектральную степень свободы в качестве координаты амплитуды, можно повысить емкость памяти Более того, хотя наша аудиозапись была сосредоточена на хранении аналоговых данных, в принципе все еще возможно преобразовать в хранение цифровых данных, если каждая галстук-бабочка будет служить единичным битом 1 или 0. Изменяя размер галстука-бабочки, возможно дальнейшее его преобразование. увеличить емкость памяти ".Команда ранее продемонстрировала, что pBNA испытывают меньшую теплопроводность по сравнению со стандартными наноантеннами-бабочками и могут легко нагреваться при облучении маломощным лазерным светом.
Каждая антенна-бабочка имеет размеры примерно 250 нм в диаметре, каждая из них опирается на стойки из диоксида кремния высотой 500 нм. Следствием этого является то, что оптическое освещение приводит к легкому плавлению золота и, таким образом, к изменению общего оптического отклика. Это проявляется как разница в контрасте при освещении белым светом.«Наш подход аналогичен методу« оптического звука », который был разработан примерно в 1920-х годах как часть усилий по созданию« говорящих »фильмов», — говорится в статье группы. «Хотя существовали вариации этого процесса, все они придерживались одного и того же основного принципа.
Звукосниматель, например микрофон, электрически модулирует источник лампы. Вариации интенсивности источника света кодируются на полупрозрачной фотопленке (например, , как изменение площади), поскольку пленка перемещается в пространстве.Декодирование этой информации достигается путем освещения пленки одним и тем же источником света и регистрации изменений в пропускании света на оптическом детекторе, который, в свою очередь, может быть подключен к динамикам. В работе, которую мы представляем здесь, pBNA играют роль фотопленки, которую мы можем кодировать с помощью звуковой информации посредством прямой лазерной записи в оптическом микроскопе ».В своем подходе исследователи записывают аудиосигналы с помощью микроскопа для сканирования модулированного звуком лазерного луча непосредственно на своих наноструктурах.
Извлечение и последующее воспроизведение достигается с помощью того же микроскопа для изображения записанной формы волны на цифровой камере, что позволяет выполнять простую обработку сигнала.Помимо Туссента и Чена, соавторами в команде PROBE являются Абдул Бхуия и Цин Дин, аспиранты в области электротехники и вычислительной техники.