211service.com
Hur man bränner en tre terabyte CD
Eftersom gigabyte med filmer, bilder, ljud och text fyller upp fler och fler CD- och DVD-skivor, finns det helt klart ett behov av bättre sätt att spara mer data. Ett forskarlag vid Harvard University har utvecklat en teknik som kan bidra till att avsevärt öka kapaciteten hos konventionella optiska skivor. De har tillverkat en nanoantenn – byggd direkt på en billig, standardlaser – som fokuserar ljus till en mycket mindre punktstorlek än vad som är möjligt med även de bästa traditionella linserna, vilket potentiellt gör att fler bitar kan skrivas på en optisk skiva.
En datorsimulering av den optiska nanoantenn som Harvard-forskare har tillverkat. Bestående av två guldbelagda nanostavar åtskilda av ett 30 nanometers gap, kan antennen fokusera ljus från en kommersiell laser till en plats bara 40 nanometer bred. Det kan användas för att skriva terabyte, snarare än gigabyte, av data till en CD eller DVD. (Kredit: Ertugrul Cubukcu)
Lagringskapaciteten för en skiva ökar när våglängden av ljus som används för att skriva data till den minskar; CD-skivor skrivs och läses med ljus med en våglängd på 780 nanometer, DVD-skivor använder 650 nanometer och HD-DVD- och Blu-ray-skivor använder 405 nanometer. Våglängder kortare än 405 nanometer skulle kräva ljuskällor alldeles för dyra för konsumentelektronik.
Problemet är att konventionella linser bara kan fokusera ljus till halva sin våglängd, en fysisk barriär som kallas diffraktionsgränsen. Harvardforskarna kringgick denna gräns genom att överge traditionell optik till förmån för nanooptiska tekniker. Vi kan komma runt våglängdsbegränsningen genom att använda en antenn, säger Ken Crozier , biträdande professor i elektroteknik vid Harvard.
Teamet av Crozier, Federico Capasso , professor i tillämpad fysik vid universitetet, och doktoranderna Eric Kort och Ertugrul Cubukcu designade den optiska antennen för att fokusera ljus från en kommersiell laser (med en våglängd på 830 nanometer) till en punktstorlek på 40 nanometer. Med den här upplösningen skulle du kunna packa mer än tre terabyte [cirka 3 000 gigabyte] värde av data på något som är lika stort som en CD, uppskattar Crozier. Det räcker för att rymma mer än 300 långfilmer. Som jämförelse kan en dual-layer HD-DVD eller Blu-ray-skiva rymma 30 gigabyte respektive 50 gigabyte.
Antennen består av två guldbelagda nanostavar, åtskilda av ett 30 nanometer brett gap, enligt Crozier. När ljuset från lasern träffar nanostavarna, applicerar det en kraft på elektronerna i guldet och knuffar dem ur sin plats. Elektronerna förblir dock inte förskjutna länge och dras tillbaka mot sin ursprungliga position. Men de överskjuter det, säger Crozier, och studsar tillbaka på sin plats, svängande som en massa på en fjäder.
Dessa oscillerande elektroner påverkar det lilla gapet mellan nanostavarna. Om du tog en ögonblicksbild av antennen, säger Crozier, skulle du se att positiva laddningar samlas på ena sidan av gapet och negativa laddningar på den andra. Nanostavarna och gapet fungerar som en liten kondensator - med motsatta laddningar på motsatta sidor av gapet - som effektivt koncentrerar energin från laserljuset till en plats ungefär lika stor som gapet. Denna plats behåller sin storlek till cirka 10 nanometer från antennen innan den börjar spridas ut.
Även om gapet på 10 nanometer är minimalt kan forskare bygga en ny typ av optiskt läs- och skrivhuvud med hjälp av tekniken, föreslår Crozier. Den magnetiska lagringsindustrin, påpekar han, arbetar med ett lika litet gap mellan huvudet och mediet.
Att använda nanoantenner för att fokusera optiskt ljus är inte en helt ny idé, säger Crozier, men deras arbete, publicerat i Bokstäver i tillämpad fysik , är första gången en antenn har integrerats direkt på en laser. Detta ger en fördel i produktionen eftersom ljuskällan och antennen är i ett paket. Den är extremt kompakt och enklare att använda eftersom inriktningen med lasern och antennen görs i tillverkning, säger han.
Det finns mycket forskningsaktivitet för att minska ljusets fläckstorlek, men det är särskilt attraktivt för datalagringsindustrin, säger Bae-Ian Wu, en forskare vid Research Laboratory of Electronics vid MIT. Att använda en nanoantenn är bara ett sätt att få superupplösning som är mindre än ljusets våglängd. Men, säger han, Harvard-forskarnas arbete är mycket bra i den meningen att de gör optiska experiment för att backa upp sin teori, medan vissa artiklar bara är inom teorins område. Harvard-forskarna, tillägger han, gjorde det precis.
Crozier säger att hans team undersöker tillverkningstekniker som ytterligare kan minska fläckstorleken till 20 nanometer. De undersöker också alternativ till guldmetallen som för närvarande täcker deras nanostavar. Silver, till exempel, kunde fokusera ljus mer effektivt än guld vid de våglängder som används av konsumentelektronikindustrin.