Pesquisadores da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign demonstraram a primeira gravação de áudio codificado opticamente em uma nanoestrutura plasmônica não magnética, abrindo a porta para vários usos no processamento de informações e armazenamento de arquivos.

"As dimensões do chip são aproximadamente equivalentes à espessura do cabelo humano, "explicou Kimani Toussaint, um professor associado de ciência mecânica e engenharia, quem liderou a pesquisa.

Especificamente, a propriedade do filme fotográfico exibida por uma série de ouro novo, nanoantenas de gravata borboleta apoiadas em pilares (pBNAs) - previamente descobertas pelo grupo de Toussaint - foram exploradas para armazenar arquivos de som e áudio. Comparado com o filme magnético convencional para armazenamento analógico de dados, a capacidade de armazenamento de pBNAs é de cerca de 5, 600 vezes maior, indicando uma vasta gama de usos potenciais de armazenamento.

Para demonstrar sua capacidade de armazenar arquivos de som e áudio, os pesquisadores criaram um teclado musical ou "nano piano, "usando as notas disponíveis para tocar a música curta, "Cintilação, Cintilação, Pequena estrela."

"O armazenamento de dados é uma área interessante para se pensar, "Disse Toussaint." Por exemplo, pode-se considerar a aplicação deste tipo de nanotecnologia para aprimorar o nicho, mas ainda importante, tecnologia analógica usada na área de armazenamento de arquivos, como o uso de microfichas. Além disso, nosso trabalho tem potencial para on-chip, processamento de informações baseado em plasmonic. "

Os pesquisadores demonstraram que os pBNAs podem ser usados ​​para armazenar informações de som como uma forma de onda de intensidade variável temporalmente ou uma forma de onda de intensidade variável de frequência. Oito notas musicais básicas, incluindo dó médio, D, e E, foram armazenados em um chip pBNA e depois recuperados e reproduzidos na ordem desejada para fazer uma melodia.

"Uma propriedade característica da plasmônica é o espectro, "disse Hao Chen, um ex-pesquisador de pós-doutorado no laboratório PROBE de Toussaint e o primeiro autor do artigo, "Gravação de áudio assistida por Plasmon, "aparecendo no Nature Publishing Group's Relatórios Científicos . "Originário de um efeito térmico induzido por plasmon, mudanças morfológicas em nanoescala bem controladas permitem um deslocamento espectral de até 100 nm das nanoantenas. Ao empregar este grau de liberdade espectral como uma coordenada de amplitude, a capacidade de armazenamento pode ser melhorada. Além disso, embora nossa gravação de áudio se concentre no armazenamento analógico de dados, em princípio, ainda é possível transformar para armazenamento de dados digital fazendo com que cada gravata borboleta sirva como um bit de unidade 1 ou 0. Modificando o tamanho da gravata borboleta, é viável melhorar ainda mais a capacidade de armazenamento. "

A equipe demonstrou anteriormente que os pBNAs experimentam uma condução térmica reduzida em comparação com as nanoantenas de gravata borboleta padrão e podem facilmente ficar quentes quando irradiados por luz laser de baixa potência. Cada antena de gravata borboleta tem aproximadamente 250 nm em dimensões, com cada um apoiado em postes de dióxido de silício de 500 nm de altura. Uma consequência disso é que a iluminação óptica resulta na fusão sutil do ouro, e, portanto, uma mudança na resposta óptica geral. Isso aparece como uma diferença de contraste sob iluminação de luz branca.

"Nossa abordagem é análoga ao método de 'som óptico, 'que foi desenvolvido por volta de 1920 como parte do esforço para fazer filmes' falantes ', "disse a equipe em seu artigo." Embora tenha havido variações desse processo, todos eles compartilhavam o mesmo princípio básico. Um captador de áudio, por exemplo., um microfone, modula eletricamente uma fonte de lâmpada. As variações na intensidade da fonte de luz são codificadas no filme fotográfico semitransparente (por exemplo, como variação de área) à medida que o filme é espacialmente traduzido. A decodificação dessas informações é obtida iluminando o filme com a mesma fonte de luz e captando as mudanças na transmissão de luz em um detector óptico, que por sua vez pode ser conectado a alto-falantes. No trabalho que apresentamos aqui, os pBNAs desempenham o papel de filme fotográfico, que podemos codificar com informações de áudio por meio de gravação direta a laser em um microscópio óptico. "

Em sua abordagem, os pesquisadores gravam sinais de áudio usando um microscópio para escanear um feixe de laser modulado por som diretamente em suas nanoestruturas. A recuperação e a reprodução subsequente são obtidas usando o mesmo microscópio para a imagem da forma de onda gravada em uma câmera digital, por meio do qual o processamento de sinal simples pode ser executado.

Além de Toussaint e Chen, os co-autores da equipe PROBE incluem Abdul Bhuiya e Qing Ding, ambos alunos de pós-graduação em engenharia elétrica e de computação.