معرفي فناوري ليزر نانو آنتن

با ظهور فناوري ذخيره اطلاعات در ديسک‌هاي نوري، دنياي ديجيتال متحول شد. در آن زمان، ذخيره‌ 650 مگابايت اطلاعات بر روي يک سي‌دي، حجم زيادي بنظر مي‌رسيد (حداقل تا زمان ورود DVDهاي 7‌، 4 گيگابايتي و بيشتر). اما اکنون و در نسل بعدي فناوري ديسک‌هاي نوري (HD DVD حداقل با 15 گيگابايت حافظه و Blu-ray حداقل با 25 گيگابايت حافظه) و DVDها هم قديمي شده‌اند. بتازگي محققان دانشگاه هاروارد با مديريت پروفسور Federico Capasso و دستيارش پروفسور Ken Crozier به فناوري با عنوان «ليزر نانوآنتن - Laser Nanoantenna» دست يافته‌اند که مي‌تواند همنوعان پيشين خود را براحتي کنار بگذارد. ليزر نانوآنتن (که با نام Plasmonic Laser Antenna نيز خوانده مي‌شود) مي‌تواند 5 ترابايت داده را بر روي يک ديسک نوري در ابعاد مشابه يک سي‌دي و يا DVD، ذخيره کند.

ذره‌بين‌هاي ليزري امروز، حافظه‌هاي نوري آينده

فناوري نانوآنتن يک اشعه‌ ليزر را براي ايجاد يک نقطه‌ بسيار کوچک نور، متمرکز مي‌کند و همين مسئله سبب مي‌شود که هر بيت داده بر روي يک ديسک نوري فضاي کوچکي را اشغال کند.

علاوه بر اين مي‌توان از اين فناوري در ابزارهاي ديگري مانند ذره‌بين‌ها و طيــف‌نماهاي (spectroscopy) ليزري استفاده کرد. محققان دانشگاه هاروارد اعلام کرده‌اند که اين فناوري در ابتداي کار، بجاي استفاده در حافظه‌هاي نوري بيشتر در اين نوع دستگاه‌ها مورد استفاده قرار بگيرد.

هم‌اکنون محققان نگاه خود را به عکس‌العمل سازندگان و فروشندگان حافظه‌هاي نوري معطوف کرده‌اند.

پروفسور Capasso مي‌گويد: "واضح است که تقاضا براي حافظه‌هاي نوري با حجم ذخيره بالاتر احساس مي‌شود، اما براي رسيدن به مراحل عملي اين پروژه، کار زيادي نياز است. مثلاً ابتدا بايد هد (Head) مخصوص خواندن و نوشتن را طراحي کنيم، اما با اين وجود مسير مشخص است."

ايشان همچنين عنوان کرده‌اند که چندين شرکت مختلف براي حمايت گروه تحقيق به منظور گسترش اين فناوري اعلام آمادگي کرده‌اند. دانشگاه‌هاي بزرگي مانند هاروارد، براي انجام تحقيقات لازم بر روي اين پروژه‌ها، زمان، منابع و نيروي فکري مورد نياز را دارا مي‌باشند. چيزي که صنعت معمولاً فاقد آن است.

به گفته ايشان: "امروزه روند تبديل يک اختراع به يک محصول تجاري بطور متوسط حدوداً ده سال زمان نياز دارد و با اينکه اين فناوري نيروي بالقوه زيادي دارد اما در مدت يک شب به ثمر نخواهد رسيد."

به گفته‌ي پروفسور Crozier، آن‌ها به تحقيق بيشتر، گسترش فعاليت‌هاي خود و در انتها فروش اين محصول توسط يک شرکت بزرگ تجاري نياز دارند.

ساختار ليزر نانوآنتن

ليزر نانوآنتن از يک آنتن نوري مصنوعي بر روي سطح ليزر (مکاني که در آنجا خروجي نور - light output وجود دارد) تشکيل شده است. آنتن نوري از دو مستطيل طلايي با گوشه‌هاي خميده تشکيل شده است؛ که هر کدام از آن‌ها 130 نانومتر طول دارند و با فاصله‌ي 30 نانومتري از يکديگر جدا شده‌اند

محققان براي ساخت ليزر نانوآنتن با تبخير لايه‌ طلا، آن را مستقيماً به ليزر تبديل مي‌کنند. آن‌ها سپس به منظور شکل دادن آنتن، به کمک يک اشعه يوني متمرکز شده، برخي نواحي طلا را حذف مي‌کنند.علت استفاده محققان از طلا براي ساخت آنتن اين است که طلا در فرکانس‌هاي نوري، قابليت هدايت بالايي دارد. علاوه بر اين سطوح طلا نسبت به فلزهاي ديگر، کمتر در معرض صدماتي چون شکنندگي و تيرگي قرار مي‌گيرند.

پروفسور Crozier مي‌گويد: "طراحي آنتن، مخصوصاً اندازه‌ طول آن، با توجه به طول موج ليزر بايد قابل تغيير باشد." ايشان مي‌افزايند: "زماني که نور ليزر، آنتن نوري را ساطع مي‌کند، بارهاي الکتريکي بر روي آنتن به دو جهت مخالف حرکت مي‌کنند و بدين ترتيب در ناحيه‌ بين دو مستطيل ، بارهاي ناهمنام در مقابل يکديگر قرار مي‌گيرند (تصوير B).

بارهاي ناهمنام باعث مي‌شوند که آنتن، نور ليزر را بشدت در يک نقطه متمرکز کند (تصوير A). محققان دانشگاه هاروارد اندازه‌ اين نقطه را 40 در 100 نانومتر اعلام کرده‌اند. اين در حالي است که بدون استفاده از آنتن نوري قطر اين نقطه (به شکل دايره) 400 نانومتر خواهد بود. حتي ممکن است محققان شکل آنتن را به شکلي مانند کروات تغيير دهند (تصوير C).

پروفسور Crozier مي‌گويد: "ما انتظار داريم که طراحي کروات شکل، نقطه‌ي کوچکتري را توليد کند. به علاوه ما نقاط نوراني را در فواصل دورتر از لبه‌هاي آنتن مشاهده کرديم که البته شدت روشنايي نقاط موجود در فاصله‌ دو مستطيل را ندارند و قصد داريم توسط اين طراحي جديد ساير نقاط نوراني را از بين ببريم."

حافظه ترابايتي

محققان دانشگاه هاروارد هنوز توانايي فناوري نانوآنتن را براي ذخيره‌ اطلاعات در ديسک‌هاي نوري نشان نداده‌اند. اما با اين وجود تحقيقات آن‌ها نشان مي‌دهد که اين پروژه با اصلاحات مناسبي، عملي خواهد شد.

در زمان معرفي فناوري نانوآنتن در اواخر سال 2006، پروفسور Crozier عنوان کرد که: "محققان از يک ليزر مادون قرمز با طول موج 830 نانومتر استفاده کردند. اما بطور کلي آنتن با هر ليزري سازگاري دارد."

با اين وجود به گفته‌ پروفسور Capasso و Crozier، آن‌ها براي استفاده از فناوري نانوآنتن بر روي ديسک نوري، نياز به ابزار ذخيره‌سازي (Storage medium) پيشرفته‌تري دارند تا ليزر بتواند در فاصله‌ 10 تا 20 نانومتري بالاي سطح ديسک نوري بلغزد(محققان بدليل نزديک بودن ليزر به سطح حافظه نوري، معمولاً اين پديده را «فناوري حافظه نوري near-field» مي‌نامند).

پروفسور Crozier مي‌گويد: "اگر استفاده از فناوري ليزر نانوآنتن در ديسک‌هاي نوري عملي شود، انتظار دارم که بتوان از ديسک‌هايي با مواد اوليه مشابه سي‌دي‌ها و DVDها استفاده کرد. اما با اين وجود طراحي ديسک‌ها نيازمند تغيير است. زيرا سطح ديسک نوري بايد به ليزر نانوآنتن بسيار نزديک باشد تا ليزر نانوآنتن، نور را در يک نقطه بسيار کوچک متمرکز کند. در غير اينصورت اشعه‌هاي نور پخش مي‌شوند."

در عين حال اين مسئله نياز به تحقيق و بررسي مختص به خود را دارد. اما پروفسور Capasso مطمئن است که محققان موفق خواهند شد و مي‌گويد: "ما مجبور هستيم که ليزر را در فاصله 10 نانومتري از سطح ديسک قرار دهيم و از فناوري near-field استفاده کنيم. چگونگي انجام اين کار را از فناوري هارد ديسك آموخته‌ايم .

در هارد ديسك ، هد خواندن و نوشتن ، فاصله بسيار كمي با سطح ديسك دارد و به دليل گردش سريع ديسك ، هد بر روي بالشتكي از هوا قرار. دارد.