Investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han demostrado la primera grabación de audio codificado ópticamente en una nanoestructura plasmónica no magnética, abriendo la puerta a múltiples usos en el procesamiento de información y almacenamiento de archivos.

"Las dimensiones del chip son aproximadamente equivalentes al grosor del cabello humano, "explicó Kimani Toussaint, un profesor asociado de ciencias mecánicas e ingeniería, quien dirigió la investigación.

Específicamente, la propiedad de la película fotográfica exhibida por una variedad de oro novedoso, nanoantenas bowtie soportadas por pilares (pBNAs), previamente descubiertas por el grupo de Toussaint, fueron explotadas para almacenar archivos de sonido y audio. En comparación con la película magnética convencional para el almacenamiento de datos analógicos, la capacidad de almacenamiento de pBNA es de alrededor de 5, 600 veces más grande, lo que indica una amplia gama de usos potenciales de almacenamiento.

Para demostrar su capacidad para almacenar archivos de sonido y audio, los investigadores crearon un teclado musical o "nano piano, "utilizando las notas disponibles para reproducir la canción corta, "Centelleo, Centelleo, Estrellita."

"El almacenamiento de datos es un área interesante en la que pensar, "Dijo Toussaint." Por ejemplo, uno puede considerar aplicar este tipo de nanotecnología para mejorar el nicho, pero sigue siendo importante, tecnología analógica utilizada en el área de almacenamiento de archivos, como el uso de microfichas. Además, nuestro trabajo tiene potencial para el chip, procesamiento de información basado en plasmónicos ".

Los investigadores demostraron que los pBNA podrían usarse para almacenar información de sonido, ya sea como una forma de onda de intensidad variable temporalmente o una forma de onda de intensidad variable de frecuencia. Ocho notas musicales básicas, incluyendo C medio, D, y E, fueron almacenados en un chip pBNA y luego recuperados y reproducidos en el orden deseado para hacer una melodía.

"Una propiedad característica de los plasmónicos es el espectro, "dijo Hao Chen, ex investigador postdoctoral en el laboratorio PROBE de Toussaint y primer autor del artículo, "Grabación de audio asistida por Plasmon, "que aparece en el Nature Publishing Group Informes científicos . "Originado a partir de un efecto térmico inducido por plasmón, Los cambios morfológicos a nanoescala bien controlados permiten un cambio espectral de hasta 100 nm de las nanoantenas. Empleando este grado de libertad espectral como una coordenada de amplitud, la capacidad de almacenamiento se puede mejorar. Es más, aunque nuestra grabación de audio se centró en el almacenamiento de datos analógicos, en principio, todavía es posible transformar al almacenamiento de datos digitales haciendo que cada pajarita sirva como una unidad de bit 1 o 0. Modificando el tamaño de la pajarita, es factible seguir mejorando la capacidad de almacenamiento ".

El equipo demostró anteriormente que los pBNA experimentan una conducción térmica reducida en comparación con las nanoantenas de pajarita estándar y pueden calentarse fácilmente cuando se irradian con una luz láser de baja potencia. Cada antena de pajarita tiene unas dimensiones de aproximadamente 250 nm, cada uno apoyado en postes de dióxido de silicio de 500 nm de altura. Una consecuencia de esto es que la iluminación óptica da como resultado una sutil fusión del oro, y por tanto un cambio en la respuesta óptica global. Esto se muestra como una diferencia de contraste bajo iluminación de luz blanca.

"Nuestro enfoque es análogo al método de 'sonido óptico, ', que se desarrolló alrededor de la década de 1920 como parte del esfuerzo por hacer películas' parlantes ', ", dijo el equipo en su documento." Aunque hubo variaciones de este proceso, todos compartían el mismo principio básico. Una pastilla de audio, p.ej., un micrófono, modula eléctricamente una fuente de lámpara. Las variaciones en la intensidad de la fuente de luz se codifican en una película fotográfica semitransparente (por ejemplo, como variación en el área) a medida que la película se traduce espacialmente. La decodificación de esta información se logra iluminando la película con la misma fuente de luz y captando los cambios en la transmisión de luz en un detector óptico. que a su vez se puede conectar a altavoces. En el trabajo que aquí presentamos, los pBNA cumplen la función de película fotográfica que podemos codificar con información de audio mediante escritura láser directa en un microscopio óptico ".

En su enfoque, los investigadores registran señales de audio usando un microscopio para escanear un rayo láser modulado por sonido directamente en sus nanoestructuras. La recuperación y posterior reproducción se logra utilizando el mismo microscopio para obtener imágenes de la forma de onda grabada en una cámara digital, por lo que se puede realizar un procesamiento de señal simple.

Además de Toussaint y Chen, los coautores del equipo de PROBE incluyen a Abdul Bhuiya y Qing Ding, ambos estudiantes de posgrado en ingeniería eléctrica e informática.