211service.com
Sådan brændes en tre terabyte cd
Efterhånden som gigabyte af film, billeder, lyd og tekst fylder flere og flere cd'er og dvd'er, er der helt klart behov for bedre måder at gemme flere data på. Et forskerhold ved Harvard University har udviklet en teknik, der kan være med til at øge kapaciteten af konventionelle optiske diske markant. De har fremstillet en nano-antenne – bygget direkte på en billig, hylde-laser – der fokuserer lys til en meget mindre pletstørrelse, end det er muligt med selv de bedste traditionelle linser, hvilket potentielt gør det muligt at skrive flere bits på en optisk disk.
En computersimulering af den optiske nanoantenne, som Harvard-forskere har fremstillet. Bestående af to guldbelagte nanostænger adskilt af et 30 nanometer mellemrum, kan antennen fokusere lys fra en kommerciel laser til et sted, der kun er 40 nanometer bredt. Det kunne bruges til at skrive terabyte, snarere end gigabyte, af data til en cd eller dvd. (Kredit: Ertugrul Cubukcu)
Lagringskapaciteten på en disk øges, når bølgelængden af lys, der bruges til at skrive data til den, aftager; CD'er skrives og læses ved hjælp af lys med en bølgelængde på 780 nanometer, DVD'er bruger 650 nanometer, og HD-DVD'er og Blu-ray-diske bruger 405 nanometer. Bølgelængder kortere end 405 nanometer ville kræve lyskilder alt for dyre for forbrugerelektronik.
Problemet er, at konventionelle linser kun kan fokusere lys til halvdelen af deres bølgelængde, en fysisk barriere kaldet diffraktionsgrænsen. Harvard-forskerne omgik dog denne grænse ved at opgive traditionel optik til fordel for nano-optiske teknikker. Vi kan komme uden om bølgelængdebegrænsningen ved at bruge en antenne, siger Ken Crozier , assisterende professor i elektroteknik ved Harvard.
Holdet af Crozier, Federico Capasso , professor i anvendt fysik ved universitetet, og kandidatstuderende Eric Kort og Ertugrul Cubukcu designet den optiske antenne til at fokusere lys fra en kommerciel laser (med en bølgelængde på 830 nanometer) til en pletstørrelse på 40 nanometer. Med denne opløsning vil du være i stand til at pakke mere end tre terabyte [ca. 3.000 gigabyte] værdi af data på noget på størrelse med en cd, vurderer Crozier. Det er nok til at rumme mere end 300 spillefilm. Til sammenligning kan en dual-layer HD-DVD eller Blu-ray disk rumme henholdsvis 30 gigabyte eller 50 gigabyte.
Antennen består af to guldbelagte nanostænger, adskilt af et 30 nanometer bredt mellemrum, ifølge Crozier. Når lyset fra laseren rammer nanostængerne, påfører den en kraft på elektronerne i guldet og skubber dem ud af deres plads. Elektronerne forbliver dog ikke forskudt længe og trækkes tilbage mod deres oprindelige position. Men de overskrider det, siger Crozier, og hopper tilbage ud af stedet og svinger som en masse på en fjeder.
Disse oscillerende elektroner påvirker det lille mellemrum mellem nanostængerne. Hvis du tog et øjebliksbillede af antennen, siger Crozier, vil du se, at positive ladninger samler sig på den ene side af mellemrummet og negative ladninger på den anden. Nanostængerne og mellemrummet fungerer som en lille kondensator - med modsatte ladninger på modsatte sider af mellemrummet - der effektivt koncentrerer energien fra laserlyset til en plet på størrelse med mellemrummet. Denne plet bevarer sin størrelse til omkring 10 nanometer væk fra antennen, før den begynder at sprede sig.
Selvom afstanden på 10 nanometer er minimal, kunne forskere bygge en ny type optisk læse- og skrivehoved ved hjælp af teknologien, foreslår Crozier. Den magnetiske lagringsindustri, påpeger han, arbejder med et tilsvarende lille mellemrum mellem hovedet og mediet.
At bruge nano-antenner til at fokusere optisk lys er ikke en helt ny idé, siger Crozier, men deres arbejde, udgivet i Anvendt fysik bogstaver , er første gang en antenne er blevet integreret direkte på en laser. Dette giver en fordel i produktionen, fordi lyskilden og antennen er i én pakke. Det er ekstremt kompakt og nemmere at bruge, fordi justering med laseren og antennen er alt sammen udført i fabrikation, siger han.
Der er en masse forskningsaktivitet for at reducere spotstørrelsen af lys, men det er især attraktivt for datalagringsindustrien, siger Bae-Ian Wu, en forsker i Research Laboratory of Electronics ved MIT. Brug af en nanoantenne er blot én måde at opnå superopløsning, der er mindre end lysets bølgelængde. Men han siger, at Harvard-forskernes arbejde er meget godt i den forstand, at de laver optiske eksperimenter for at bakke op om deres teori, mens nogle artikler kun er inden for teoriens område. Harvard-forskerne, tilføjer han, gjorde det bare.
Crozier siger, at hans team udforsker fremstillingsteknikker, der yderligere kan reducere pletstørrelsen til 20 nanometer. De udforsker også alternativer til det guldmetal, der i øjeblikket dækker deres nano-stænger. Sølv kunne for eksempel fokusere lys mere effektivt end guld ved de bølgelængder, der bruges af forbrugerelektronikindustrien.