Brevet FR2817384A1 — publié le 20020531

Moyens de stockage optique de données numériques sous forme de particules déposées sur une surface dont les dimensions sont inférieures aux longueurs d'onde d'un rayonnement de lecture des données. L'invention concerne un support de stockage optique de données numériques. Les données numériques sont classiquement stockées sur des supports de stockage optique en mode binaire sous la forme d'éléments gravés, appelés " pits " en langue anglaise; en général, la présence d'un élément indique la valeur 1 pour le bit lu, et l'absence d'élément traduit la valeur 0 pour ce bit; ces éléments sont en général répartis sur au moins une surface plane interne au support, appelée " couche de gravure "; le support peut comporter plusieurs couches de gravures superposées. Dans le cas d'un disque optique classique, les éléments de gravure d'une même couche sont répartis en de nombreuses pistes circulaires concentriques. La densité maximum de stockage sur une couche de gravure est limitée par la taille minimum des éléments de gravure et par la distance minimum entre deux éléments adjacents, d'une même piste ou de pistes voisines. En pratique, pour pouvoir lire les données numériques stockées par des moyens classiques de détection optique, cette taille minimum et cette distance minimum correspondent à la longueur d'onde de la lumière utilisée pour la détection optique. En pratique, la taille minimum de ces éléments est actuellement de l'ordre de 0,5 plm. Cette taille minimum limite donc la densité de stockage d'une couche de gravure. L'article intitulé " Spectrally coded optical data storage by metal nanoparticles " publié le 15 avril 1995 dans la revue OPTICS LETTERS, Vol. , N 8, pages 563-565, écrit par H.Diltbacher et al., indique que l'utilisation de technologies optiques non-linéaires apporte des solutions pour augmenter la densité de stockage de ces couches. Ce document indique que, si la composition spectrale de la lumière diffusée par un élément de gravure peut être rendue dépendante d'un paramètre relatif à l'élément de gravure, comme la forme, on parviendrait alors à augmenter le nombre d'informations portées par un élément de gravure, et, ainsi, à augmenter la densité de stockage optique de données numériques. A cet effet, ce document enseigne de disposer, sur un support ou surface utilisable pour le stockage, des particules métalliques de tailles inférieures à celle de la longueur d'onde de la lumière, différentes en taille, et/ou en forme, et/ou en orientation. Ainsi, sous un éclairage approprié de cette surface, on excite, au sein de ces nanoparticules métalliques, des modes de résonance de groupes d'électrons, dits " plasmons localisés ", ce qui provoque une absorption de certaines longueurs d'onde du rayonnement incident; comme l'excitation de ces modes de résonnance dépend de la forme, de l'orientation, et de la répartition de ces nanoparticules, on aboutit à un stockage de données spectralement codées ou " polychrome "; selon ce procédé " polychrome ", on parvient à une augmentation sensible de la densité maximale de stockage d'un facteur de l'ordre de 5 par rapport aux modes classiques de stockage optique " monochrome ". Plus précisément, selon ce document, sur un substrat transparent, on dépose des nanoparticules d'argent en utilisant un procédé cathodo- lithographique; pour la lecture optique des données numériques stockées dans ce dépôt, on excite un plasma localisé d'électrons au sein de ces nanoparticules à l'aide d'un champ électromagnétique évanescent obtenu par réflexion totale interne d'un rayonnement incident à la surface du substrat; pour évaluer l'amplitude de la résonnance " plasmon ", on mesure l'intensité de la lumière diffusée par cette surface en fonction de la longueur d'onde à l'aide de moyens classiques de détection optique. Les procédés utilisables pour le dépôt de nanoparticules adapté au stockage optique polychrome sont onéreux, notamment lorsqu'il s'agit de déposer des particules de formes différentes. L'invention a pour but de palier cet inconvénient. A cet effet, I'invention a pour objet des moyens de stockage optique de données numériques sous forme de particules déposées sur une surface, dont les dimensions sont inférieures aux longueurs d'onde d'un rayonnement en interaction avec lesdites particules et provenant de moyens de lecture desdites données, caractérisés en ce qu'ils comprennent un moyen de codage spectral desdites données au moyen de la nature chimique desdites particules. On entend ici par moyen de codage spectral toute caractéristique spécifique des particules adaptée pour conférer à cette particule, lorsqu'elle est soumise à l'excitation d'un rayonnement incident provenant des moyens de lecture, une réponse dépendant de la longueur d'onde de ce rayonnement. L'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - les natures chimiques desdites particules utilisées pour le codage spectral sont choisies dans le groupe comprenant l'or, l'argent, I'aluminium, le cuivre, l'oxyde mixte d'indium et d'étain. - les dites particules déposées sur la même surface ont approximativement les mêmes dimensions. On s'interdit alors d'utiliser les dimensions des particules comme moyen de codage spectral comme dans l'art antérieur; grâce à cette caractéristique additionnelle, les particules de natures différentes mais de même taille peuvent être déposées de façon plus économique en utilisant le même procédé selon les mêmes réglages; ainsi, le codage spectral des données numériques est alors réalisé à l'aide de particules identiques en taille mais différentes en nature, ce qui permet de réaliser l'impression des données numériques de manière plus économique. Par dimensions approximativement identiques, on entend les dimensions de particules auxquelles on parvient en utilisant le même procédé de dépôt selon les mêmes réglages. De préférence, les dimensions desdites particules sont inférieures ou égales à 200 nm; typiquement, les dimensions des particules sont de l'ordre de nm x 100 nm x 40 nm. - la taille desdites particules est adaptée pour obtenir en leur sein la résonance de plasma d'électrons à au moins une longueur d'onde du rayonnement provenant desdits moyens de lecture. La longueur d'onde d'excitation de la résonance correspond en général à une gamme assez large de longueurs d'onde centrée sur un pic o la résonance est maximum. De préférence, les différentes longueurs d'onde de résonance pour les particules de nature différentes sont comprises entre 350 nm et 1100 nm. L'invention a également pour objet un système de lecture optique de données numériques stockées sur les moyens de stockage selon l'invention caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour exciter la résonance de plasmons localisés au sein desdites particules. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, et en référence aux figures annexées sur lesquelles: - la figure 1 illustre la répartition selon l'invention de particules de natures différente ou identique le long de pistes de stockage de données numériques, - la figure 2 représente l'intensité diffusée par une particule en aluminium (ligne continue) et par une particule en or (ligne discontinues) lorsqu'elles sont excitées par un rayonnement de longueur d'onde variable (wavelength, en langue anglaise). A l'aide de méthodes classiques de cathodo-lithographie, on dépose sur un substrat de verre des particules de dimensions identiques mais de nature différente. On choisit par exemple de déposer alternativement des particules en or et en aluminium de mêmes dimensions 100 nm x 100 nm x 40 nm le long d'une piste principale rectiligne, puis selon deux pistes dérivées partant d'une extrémité de cette piste principale, de déposer sur la première piste dérivée uniquement des particules d'or et sur la deuxième piste dérivée uniquement des particules d'aluminium. Le dépôt des particules est effectué de manière à ce que la distance séparant deux particules adjacentes soit supérieure à la dimension latérale de ces particules, de manière à éviter tout effet de couplage entre ces particules qui serait susceptible de modifier la longueur d'onde de résonance. La figure I illustre le schéma d'implantation des particules. A l'aide de moyens de calcul adaptés connus en eux-mêmes, on évalue l'intensité diffusée par une particule en aluminium et par une particule en or excitées dans des conditions de réflexion totale interne sous un angle d'incidence de 60 ; les résultats ont été évalués à une distance de l'ordre de 30 nm au-dessus de la surface supérieure des particules; les résultats obtenus sont normalisés en fonction de la lumière incidente et sont reportés à la figure 2 : ligne continue pour les particules d'aluminium, ligne discontinue pour les particules d'or. On choisit une taille latérale de l'ordre de 100 nm pour les particules d'or, parce qu'elle conduit, comme l'illustre la figure 2, à une résonance maximum des plasmons localisés au sein de cette particule au voisinage de 640 nm, qui correspond à la longueur d'onde d'émission du LASER hélium-néon. L'élément de gravure métallique qu'est la particule d'or réagit comme un dipôle parallèle à la surface de dépôt et diffuse de la lumière principalement 1 5 perpendiculairement à l'axe de ce dipôle; de plus, I'angle d'incidence du rayonnement d'excitation ne change pas la longueur d'onde de résonance du plasmon localisé dans la particule. Toujours selon la figure 2, on constate que la longueur d'onde de résonance " plasmon " maximum des éléments de gravure en aluminium se situe entre 400 nm et 500 nm environ. On va maintenant illustrer l'utilisation de la surface dotée de ces éléments de gravure comme moyen de stockage de données numériques: - en éclairant cette surface à l'aide d'un rayonnement dont la longueur d'onde est de l'ordre de 640 nm dans des conditions de réflexion totale interne sous un angle d'incidence de 60 , on détecte uniquement la présence des particules d'or sur les différentes pistes, c'est à dire qu'on distingue une particule sur deux sur la piste principale et seulement les particules de la première piste dérivée; - en éclairant cette surface à l'aide d'un rayonnement dont la longueur d'onde est de l'ordre de 400 nm dans des conditions de réflexion totale interne sous un angle d'incidence de 60 , on détecte uniquement la présence des particules d'aluminium sur les différentes pistes, c'est à dire qu'on distingue une particule sur deux sur la piste principale et seulement les particules de la deuxième piste dérivée. Chaque emplacement des pistes de la surface porte alors les informations suivantes utilisables pour le codage de données numériques: - absence ou présence d'un élément, - dans le cas de la présence d'un élément, maximum de diffusion à 640 nm ou vers 400 nm, soit trois niveaux d'information pour chaque emplacement. On aboutit ainsi à un mode ternaire de stockage de données numériques. La surface dotée de ces éléments de gravure forme donc un moyen de stockage de données numériques; ce moyen permet d'atteindre une très forte densité de stockage, d'abord parce que les particules sont de très petite taille; bien que présentant des dimensions inférieures à la longueur d'onde de la lumière qu'on utilise pour les détecter, on peut quand même détecter leur présence ou leur absence grâce au phénomène de résonance de plasmons localisés en leur sein. Le fait que l'on ne détecte pas à la même longueur d'onde la présence d'un élément de gravure en or et celle d'un élément de gravure en aluminium aboutit à la possibilité, selon l'invention, d'effectuer un codage spectral des données numériques; les moyens de stockage de données numériques obtenus permettent ainsi de stocker les données en mode ternaire, ce qui permet d'augmenter encore la densité de stockage par rapport à des moyens classiques de stockage en mode binaire. Selon une variante de l'invention, on utilise plus de deux natures différentes de particules, de manière à augmenter encore le nombre de niveaux d'information par emplacement de la surface, et à augmenter encore la densité de stockage; on choisira d'une manière connue en elle- même la nature de ces particules de manière que les longueurs d'onde de maximum de résonance ne se recouvrent pas. REVENDICATIONS 1.- Moyens de stockage optique de données numériques sous forme de particules déposées sur une surface, dont les dimensions sont inférieures aux longueurs d'onde d'un rayonnement en interaction avec lesdites particules et provenant de moyens de lecture desdites données, caractérisés en ce qu'ils comprennent un moyen de codage spectral desdites données au moyen de la nature chimique desdites particules. 2.- Moyens de stockage selon la revendication 1 caractérisés en ce que les natures chimiques desdites particules utilisées pour le codage spectral sont choisies dans le groupe comprenant l'or, l'argent, I'aluminium, le cuivre, l'oxyde mixte d'indium et d'étain. 3.- Moyens de stockage selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisés en ce que les dites particules déposées sur la même surface présentent approximativement les mêmes dimensions. 4.- Moyens de stockage selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisés en ce que les dimensions desdites particules sont inférieures ou égales à 200 nm. 5.- Moyens de stockage selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisés en ce que la taille desdites particules est adaptée pour obtenir en leur sein la résonance de plasma d'électrons à au moins une longueur d'onde du rayonnement provenant desdits moyens de lecture. 6.- Moyens de stockage selon la revendication 5 caractérisés en ce que lesdites longueurs d'onde de résonance pour les particules de nature différentes sont comprises entre 350 nm et 1100 nm. 7.- Système de lecture optique de données numériques stockées sur les moyens de stockage selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour exciter la résonance de plasmons localisés au sein desdites particules.