211service.com
Jak nagrać trzyterabajtową płytę CD
Ponieważ gigabajty filmów, zdjęć, audio i tekstu wypełniają coraz więcej płyt CD i DVD, istnieje wyraźna potrzeba lepszych sposobów oszczędzania większej ilości danych. Zespół badawczy z Uniwersytetu Harvarda opracował technikę, która może pomóc w znacznym zwiększeniu pojemności konwencjonalnych dysków optycznych. Wyprodukowali nano-antenę – zbudowaną bezpośrednio na niedrogim, ogólnodostępnym laserze – która skupia światło na znacznie mniejszym rozmiarze plamki, niż jest to możliwe nawet w przypadku najlepszych tradycyjnych soczewek, potencjalnie umożliwiając zapisanie większej liczby bitów na optycznym dysk.
Symulacja komputerowa optycznej nano-anteny, którą stworzyli naukowcy z Harvardu. Składająca się z dwóch pokrytych złotem nanoprętów oddzielonych 30-nanometrową przerwą, antena może skupiać światło z komercyjnego lasera na plamce o szerokości zaledwie 40 nanometrów. Może być używany do zapisywania terabajtów, a nie gigabajtów danych na dysku CD lub DVD. (Źródło: Ertugrul Cubukcu)
Pojemność dysku zwiększa się wraz ze zmniejszaniem się długości fali światła używanego do zapisywania na nim danych; Płyty CD są zapisywane i odczytywane przy użyciu światła o długości fali 780 nanometrów, DVD — 650 nanometrów, a dyski HD-DVD i Blu-ray — 405 nanometrów. Długości fal krótsze niż 405 nanometrów wymagałyby źródeł światła zbyt drogich dla elektroniki użytkowej.
Problem polega na tym, że konwencjonalne soczewki mogą skupiać światło tylko do połowy długości fali, co stanowi fizyczną barierę zwaną granicą dyfrakcji. Naukowcy z Harvardu ominęli jednak ten limit, porzucając tradycyjną optykę na rzecz technik nanooptycznych. Możemy obejść ograniczenie długości fali za pomocą anteny, mówi Ken Crozier , adiunkt elektrotechniki na Harvardzie.
Zespół Croziera, Federico Capasso , profesor fizyki stosowanej na uniwersytecie oraz doktoranci Eric Kort i Ertugrul Cubukcu zaprojektowali antenę optyczną do skupiania światła z komercyjnego lasera (o długości fali 830 nanometrów) do wielkości plamki 40 nanometrów. Crozier szacuje, że przy tej rozdzielczości będziesz w stanie zapakować więcej niż trzy terabajty [około 3000 gigabajtów] danych na coś o wielkości płyty CD. To wystarczy, aby pomieścić ponad 300 filmów pełnometrażowych. Dla porównania, dwuwarstwowy dysk HD-DVD lub Blu-ray może pomieścić odpowiednio 30 gigabajtów lub 50 gigabajtów.
Według Croziera antena składa się z dwóch pokrytych złotem nanoprętów, oddzielonych szczeliną o szerokości 30 nanometrów. Kiedy światło z lasera uderza w nanopręty, przykłada siłę do elektronów w złocie, wypychając je z miejsca. Elektrony nie pozostają jednak przemieszczone na długo i są przyciągane z powrotem do swojej pierwotnej pozycji. Ale przebijają go, mówi Crozier, i odbijają się z powrotem, oscylując jak masa na sprężynie.
Te oscylujące elektrony wpływają na maleńką przerwę między nanopręcikami. Jeśli zrobisz zdjęcie anteny, mówi Crozier, zobaczysz, że ładunki dodatnie gromadzą się po jednej stronie szczeliny, a ładunki ujemne po drugiej. Nanopręty i szczelina działają jak maleńki kondensator – z przeciwstawnymi ładunkami po przeciwnych stronach szczeliny – który skutecznie koncentruje energię światła laserowego w miejscu o wielkości szczeliny. Ta plamka utrzymuje swój rozmiar w odległości około 10 nanometrów od anteny, zanim zacznie się rozprzestrzeniać.
Crozier sugeruje, że chociaż 10-nanometrowa szczelina jest niewielka, naukowcy mogliby zbudować nowy rodzaj optycznej głowicy czytającej i piszącej przy użyciu tej technologii. Wskazuje, że branża magnetycznych pamięci masowych ma podobnie małą szczelinę między głowicą a nośnikiem.
Crozier mówi, że wykorzystanie nanoantenek do skupiania światła optycznego nie jest całkowicie nowym pomysłem, ale ich praca, opublikowana w: Stosowane litery fizyki , po raz pierwszy antena została zintegrowana bezpośrednio z laserem. Daje to przewagę w produkcji, ponieważ źródło światła i antena znajdują się w jednym opakowaniu. Mówi, że jest niezwykle kompaktowy i łatwiejszy w użyciu, ponieważ ustawienie z laserem i anteną jest wykonywane fabrycznie.
Istnieje wiele działań badawczych mających na celu zmniejszenie wielkości plamki światła, ale jest to szczególnie atrakcyjne dla branży przechowywania danych, mówi Bae-Ian Wu, naukowiec z Research Laboratory of Electronics w MIT. Korzystanie z anteny nano to tylko jeden ze sposobów na uzyskanie super rozdzielczości mniejszej niż długość fali światła. Ale, jak mówi, praca naukowców z Harvardu jest bardzo dobra w tym sensie, że przeprowadzają eksperymenty optyczne, aby poprzeć swoją teorię, podczas gdy niektóre artykuły dotyczą tylko sfery teorii. Dodaje, że naukowcy z Harvardu właśnie to zrobili.
Crozier mówi, że jego zespół bada techniki wytwarzania, które mogą jeszcze bardziej zmniejszyć rozmiar plamki do 20 nanometrów. Badają również alternatywy dla złotego metalu, który obecnie pokrywa ich nanopręty. Na przykład srebro może skupiać światło skuteczniej niż złoto na długościach fal używanych przez przemysł elektroniki użytkowej.