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Come masterizzare un CD da tre terabyte
Poiché gigabyte di film, immagini, audio e testo riempiono sempre più CD e DVD, c'è chiaramente bisogno di modi migliori per salvare più dati. Un team di ricerca dell'Università di Harvard ha sviluppato una tecnica che potrebbe aiutare a potenziare in modo significativo la capacità dei dischi ottici convenzionali. Hanno fabbricato una nano antenna, costruita direttamente su un laser economico e standard, che focalizza la luce su uno spot di dimensioni molto più piccole di quanto sia possibile anche con i migliori obiettivi tradizionali, consentendo potenzialmente di scrivere più bit su un'ottica disco.
Una simulazione al computer della nano antenna ottica che i ricercatori di Harvard hanno fabbricato. Composta da due nanobarre rivestite d'oro separate da uno spazio di 30 nanometri, l'antenna può focalizzare la luce da un laser commerciale in un punto largo appena 40 nanometri. Potrebbe essere usato per scrivere terabyte, piuttosto che gigabyte, di dati su un CD o DVD. (Credito: Ertugrul Cubukcu)
La capacità di memorizzazione di un disco aumenta al diminuire della lunghezza d'onda della luce utilizzata per scrivere i dati; I CD vengono scritti e letti utilizzando la luce con una lunghezza d'onda di 780 nanometri, i DVD utilizzano 650 nanometri e gli HD-DVD e i dischi Blu-ray utilizzano 405 nanometri. Lunghezze d'onda inferiori a 405 nanometri richiederebbero sorgenti luminose troppo costose per l'elettronica di consumo.
Il problema è che le lenti convenzionali possono focalizzare la luce solo a metà della loro lunghezza d'onda, una barriera fisica chiamata limite di diffrazione. I ricercatori di Harvard hanno però aggirato questo limite, abbandonando l'ottica tradizionale a favore di tecniche nano-ottiche. Possiamo aggirare la limitazione della lunghezza d'onda usando un'antenna, dice Ken Crozier , assistente professore di ingegneria elettrica ad Harvard.
La squadra di Crozier, Federico Capasso , professore di fisica applicata all'università, e gli studenti laureati Eric Kort ed Ertugrul Cubukcu hanno progettato l'antenna ottica per focalizzare la luce da un laser commerciale (con una lunghezza d'onda di 830 nanometri) a una dimensione dello spot di 40 nanometri. Con questa risoluzione, saresti in grado di impacchettare più di tre terabyte [circa 3.000 gigabyte] di dati su qualcosa delle dimensioni di un CD, stima Crozier. È sufficiente per contenere più di 300 lungometraggi. In confronto, un disco HD-DVD o Blu-ray dual-layer può contenere rispettivamente 30 gigabyte o 50 gigabyte.
L'antenna è composta da due nanobarre rivestite d'oro, separate da uno spazio largo 30 nanometri, secondo Crozier. Quando la luce del laser colpisce le nanobarre, applica una forza agli elettroni nell'oro, spingendoli fuori posto. Tuttavia, gli elettroni non rimangono spostati a lungo e vengono richiamati verso la loro posizione originale. Ma lo superano, dice Crozier, e rimbalzano fuori posto, oscillando come una massa su una molla.
Questi elettroni oscillanti influenzano il minuscolo spazio tra le nanobarre. Se scattassi un'istantanea dell'antenna, dice Crozier, vedresti che le cariche positive si accumulano su un lato del divario e le cariche negative sull'altro. Le nanobarre e il gap agiscono come un minuscolo condensatore, con cariche opposte sui lati opposti del gap, che concentra efficacemente l'energia dalla luce laser in un punto delle dimensioni del gap. Questo punto mantiene le sue dimensioni a circa 10 nanometri di distanza dall'antenna prima che inizi a diffondersi.
Sebbene il divario di 10 nanometri sia minuscolo, i ricercatori potrebbero costruire un nuovo tipo di testina ottica di lettura e scrittura utilizzando la tecnologia, suggerisce Crozier. L'industria della memoria magnetica, sottolinea, lavora con un divario altrettanto piccolo tra la testa e il mezzo.
L'uso di nano antenne per focalizzare la luce ottica non è un'idea del tutto nuova, afferma Crozier, ma il loro lavoro, pubblicato su Lettere di fisica applicata , è la prima volta che un'antenna viene integrata direttamente su un laser. Ciò offre un vantaggio nella produzione perché la sorgente luminosa e l'antenna sono in un unico pacchetto. È estremamente compatto e più facile da usare perché l'allineamento con il laser e l'antenna è tutto fatto in fabbricazione, dice.
C'è molta attività di ricerca per ridurre la dimensione del punto luminoso, ma è particolarmente interessante per l'industria dell'archiviazione dati, afferma Bae-Ian Wu, ricercatore nel Research Laboratory of Electronics del MIT. L'uso di una nano antenna è solo un modo per ottenere una super risoluzione inferiore alla lunghezza d'onda della luce. Ma, dice, il lavoro dei ricercatori di Harvard è molto buono, nel senso che stanno facendo esperimenti ottici per sostenere la loro teoria, mentre alcuni articoli sono solo nel regno della teoria. Gli scienziati di Harvard, aggiunge, l'hanno appena fatto.
Crozier afferma che il suo team sta esplorando tecniche di fabbricazione che possono ridurre ulteriormente la dimensione del punto a 20 nanometri. Stanno anche esplorando alternative al metallo dorato che attualmente ricopre le loro nano bacchette. L'argento, ad esempio, potrebbe focalizzare la luce in modo più efficiente dell'oro alle lunghezze d'onda utilizzate dall'industria dell'elettronica di consumo.