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Comment graver un CD de trois téraoctets
Alors que des gigaoctets de films, d'images, d'audio et de texte remplissent de plus en plus de CD et de DVD, il est clairement nécessaire de trouver de meilleurs moyens d'économiser plus de données. Une équipe de recherche de l'Université Harvard a mis au point une technique qui pourrait aider à augmenter considérablement la capacité des disques optiques conventionnels. Ils ont fabriqué une nano-antenne - construite directement sur un laser peu coûteux et standard - qui focalise la lumière sur une taille de spot beaucoup plus petite que ce qui est possible avec même les meilleures lentilles traditionnelles, permettant potentiellement d'écrire plus de bits sur une optique disque.
Une simulation informatique de la nano-antenne optique que les chercheurs de Harvard ont fabriquée. Composée de deux nanotiges recouvertes d'or séparées par un espace de 30 nanomètres, l'antenne peut focaliser la lumière d'un laser commercial sur un point d'à peine 40 nanomètres de large. Il pourrait être utilisé pour écrire des téraoctets, plutôt que des gigaoctets, de données sur un CD ou un DVD. (Crédit : Ertugrul Cubukcu)
La capacité de stockage d'un disque augmente à mesure que la longueur d'onde de la lumière utilisée pour y écrire des données diminue ; Les CD sont écrits et lus à l'aide d'une lumière d'une longueur d'onde de 780 nanomètres, les DVD de 650 nanomètres et les disques HD-DVD et Blu-ray de 405 nanomètres. Des longueurs d'onde inférieures à 405 nanomètres nécessiteraient des sources lumineuses beaucoup trop chères pour l'électronique grand public.
Le problème est que les lentilles conventionnelles ne peuvent focaliser la lumière que sur la moitié de leur longueur d'onde, une barrière physique appelée limite de diffraction. Les chercheurs de Harvard ont cependant contourné cette limite en abandonnant l'optique traditionnelle au profit des techniques nano-optiques. Nous pouvons contourner la limitation de longueur d'onde en utilisant une antenne, dit Ken Crozier , professeur adjoint de génie électrique à Harvard.
L'équipe de Crozier, Federico Capasso , professeur de physique appliquée à l'université, et les étudiants diplômés Eric Kort et Ertugrul Cubukcu ont conçu l'antenne optique pour focaliser la lumière d'un laser commercial (avec une longueur d'onde de 830 nanomètres) à une taille de spot de 40 nanomètres. Avec cette résolution, vous seriez en mesure d'emballer plus de trois téraoctets [environ 3 000 gigaoctets] de données sur quelque chose de la taille d'un CD, estime Crozier. C'est suffisant pour contenir plus de 300 longs métrages. En comparaison, un disque HD-DVD ou Blu-ray double couche peut contenir respectivement 30 gigaoctets ou 50 gigaoctets.
L'antenne se compose de deux nanotiges recouvertes d'or, séparées par un espace de 30 nanomètres de large, selon Crozier. Lorsque la lumière du laser frappe les nanotiges, elle applique une force aux électrons dans l'or, les déplaçant hors de leur place. Cependant, les électrons ne restent pas déplacés longtemps et sont ramenés vers leur position d'origine. Mais ils le dépassent, dit Crozier, et rebondissent hors de propos, oscillant comme une masse sur un ressort.
Ces électrons oscillants affectent le minuscule espace entre les nanotiges. Si vous preniez un instantané de l'antenne, dit Crozier, vous verriez que les charges positives s'accumulent d'un côté de l'espace et les charges négatives de l'autre. Les nanotiges et l'espace agissent comme un minuscule condensateur - avec des charges opposées sur les côtés opposés de l'espace - qui concentre efficacement l'énergie de la lumière laser dans un point de la taille de l'espace. Ce spot conserve sa taille à environ 10 nanomètres de l'antenne avant de commencer à s'étendre.
Bien que l'écart de 10 nanomètres soit minuscule, les chercheurs pourraient construire un nouveau type de tête de lecture et d'écriture optique en utilisant cette technologie, suggère Crozier. L'industrie du stockage magnétique, souligne-t-il, fonctionne avec un espace tout aussi petit entre la tête et le support.
L'utilisation de nano-antennes pour focaliser la lumière optique n'est pas une idée entièrement nouvelle, dit Crozier, mais leur travail, publié dans Lettres de physique appliquée , c'est la première fois qu'une antenne est intégrée directement sur un laser. Cela offre un avantage en production car la source lumineuse et l'antenne sont dans un seul boîtier. Il est extrêmement compact et plus facile à utiliser car l'alignement avec le laser et l'antenne est entièrement réalisé lors de la fabrication, dit-il.
Il y a beaucoup d'activités de recherche pour réduire la taille du spot de lumière, mais c'est particulièrement attrayant pour l'industrie du stockage de données, explique Bae-Ian Wu, chercheur au Laboratoire de recherche en électronique du MIT. L'utilisation d'une nano-antenne n'est qu'un moyen d'obtenir une super résolution inférieure à la longueur d'onde de la lumière. Mais, dit-il, le travail des chercheurs de Harvard est très bon dans le sens où ils font des expériences optiques pour étayer leur théorie, alors que certains articles ne relèvent que de la théorie. Les scientifiques de Harvard, ajoute-t-il, viennent de le faire.
Crozier dit que son équipe explore des techniques de fabrication qui peuvent encore réduire la taille du spot à 20 nanomètres. Ils explorent également des alternatives au métal doré qui recouvre actuellement leurs nano-tiges. L'argent, par exemple, pourrait focaliser la lumière plus efficacement que l'or aux longueurs d'onde utilisées par l'industrie de l'électronique grand public.