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Cómo grabar un CD de tres terabytes
A medida que los gigabytes de películas, imágenes, audio y texto llenan más y más CD y DVD, es evidente que se necesitan mejores formas de guardar más datos. Un equipo de investigación de la Universidad de Harvard ha desarrollado una técnica que podría ayudar a aumentar significativamente la capacidad de los discos ópticos convencionales. Han fabricado una nano antena, construida directamente sobre un láser de bajo costo disponible en el mercado, que enfoca la luz a un tamaño de punto mucho más pequeño de lo que es posible incluso con las mejores lentes tradicionales, lo que potencialmente permite que se escriban más bits en una óptica. Dto.
Una simulación por computadora de la nano antena óptica que han fabricado los investigadores de Harvard. La antena, que consta de dos nano varillas recubiertas de oro separadas por un espacio de 30 nanómetros, puede enfocar la luz de un láser comercial a un punto de solo 40 nanómetros de ancho. Podría usarse para escribir terabytes, en lugar de gigabytes, de datos en un CD o DVD. (Crédito: Ertugrul Cubukcu)
La capacidad de almacenamiento de un disco aumenta a medida que disminuye la longitud de onda de la luz utilizada para escribir datos; Los CD se escriben y leen con luz con una longitud de onda de 780 nanómetros, los DVD usan 650 nanómetros y los HD-DVD y los discos Blu-ray usan 405 nanómetros. Las longitudes de onda inferiores a 405 nanómetros requerirían fuentes de luz demasiado caras para la electrónica de consumo.
El problema es que las lentes convencionales solo pueden enfocar la luz a la mitad de su longitud de onda, una barrera física llamada límite de difracción. Sin embargo, los investigadores de Harvard eludieron este límite al abandonar la óptica tradicional en favor de las técnicas nanoópticas. Podemos sortear la limitación de la longitud de onda usando una antena, dice Ken Crozier , profesor asistente de ingeniería eléctrica en Harvard.
El equipo de Crozier, Federico Capasso , profesor de física aplicada en la universidad, y los estudiantes graduados Eric Kort y Ertugrul Cubukcu diseñaron la antena óptica para enfocar la luz de un láser comercial (con una longitud de onda de 830 nanómetros) a un tamaño de punto de 40 nanómetros. Con esta resolución, podría empaquetar más de tres terabytes [aproximadamente 3,000 gigabytes] de datos en algo del tamaño de un CD, estima Crozier. Eso es suficiente para albergar más de 300 largometrajes. En comparación, un disco HD-DVD o Blu-ray de doble capa puede contener 30 gigabytes o 50 gigabytes, respectivamente.
La antena consta de dos nano varillas recubiertas de oro, separadas por un espacio de 30 nanómetros de ancho, según Crozier. Cuando la luz del láser golpea las nano varillas, aplica una fuerza a los electrones en el oro, sacándolos de su lugar. Sin embargo, los electrones no permanecen desplazados por mucho tiempo y son empujados hacia su posición original. Pero lo sobrepasan, dice Crozier, y rebotan fuera de lugar, oscilando como una masa en un resorte.
Estos electrones oscilantes afectan el pequeño espacio entre las nano varillas. Si toma una instantánea de la antena, dice Crozier, verá que las cargas positivas se acumulan en un lado del espacio y las cargas negativas en el otro. Las nano varillas y el espacio actúan como un pequeño condensador, con cargas opuestas en los lados opuestos del espacio, que concentra efectivamente la energía de la luz láser en un punto del tamaño del espacio. Este punto mantiene su tamaño a unos 10 nanómetros de distancia de la antena antes de que comience a extenderse.
Aunque la brecha de 10 nanómetros es minúscula, los investigadores podrían construir un nuevo tipo de cabezal óptico de lectura y escritura utilizando la tecnología, sugiere Crozier. La industria del almacenamiento magnético, señala, trabaja con un espacio igualmente pequeño entre la cabeza y el medio.
El uso de nano antenas para enfocar la luz óptica no es una idea completamente nueva, dice Crozier, pero su trabajo, publicado en Letras de física aplicada , es la primera vez que se integra una antena directamente en un láser. Esto ofrece una ventaja en la producción porque la fuente de luz y la antena están en un solo paquete. Es extremadamente compacto y más fácil de usar porque la alineación con el láser y la antena se realiza durante la fabricación, dice.
Hay mucha actividad de investigación para reducir el tamaño del punto de luz, pero es especialmente atractivo para la industria del almacenamiento de datos, dice Bae-Ian Wu, científico investigador en el Laboratorio de Investigación de Electrónica del MIT. El uso de una nano antena es solo una forma de obtener una súper resolución más pequeña que la longitud de onda de la luz. Pero, dice, el trabajo de los investigadores de Harvard es muy bueno en el sentido de que están haciendo experimentos ópticos para respaldar su teoría, mientras que algunos artículos están solo en el ámbito de la teoría. Los científicos de Harvard, agrega, simplemente lo hicieron.
Crozier dice que su equipo está explorando técnicas de fabricación que pueden reducir aún más el tamaño del punto a 20 nanómetros. También están explorando alternativas al metal dorado que actualmente recubre sus nano varillas. La plata, por ejemplo, podría enfocar la luz de manera más eficiente que el oro en las longitudes de onda utilizadas por la industria de la electrónica de consumo.