Spar tid ved at bruge matematik:Analytisk værktøj designer proptrækkerformede nano-antenner

Nanostrukturerne fra Katja Höflichs HZB-team er formet som proptrækkere og lavet af sølv. Matematisk, en sådan nanoantenne kan betragtes som en endimensionel linje, der danner en helix, kendetegnet ved parametre som diameter, længde, antal omgange pr. længdeenhed, og håndværk.

Nanoproptrækkerne er meget lysfølsomme:afhængigt af frekvens og polarisering, de kan stærkt forbedre det. Fordi spiralformede antenner har en håndfasthed, de kan vælge lyskvanter i henhold til deres håndfasthed, altså deres spin. Dette resulterer i nye applikationer inden for informationsteknologi baseret på spin-kvantetallet af lys. En anden anvendelse kan ligge i sensorteknologi til at detektere chirale molekylære arter ned til enkeltmolekyleniveau.

Som regel, interaktionen af ​​sådanne nano-antenner med et elektromagnetisk felt bestemmes ved hjælp af numeriske metoder. Hver helixgeometri, imidlertid, kræver et nyt numerisk dyrt regnestykke.

For første gang, Höflich og hendes team har nu udledt en analytisk nøjagtig løsning på problemet. "Vi har nu en formel, der fortæller os, hvordan en nano-antenne med specifikke parametre reagerer på lys, " siger Höflich. Denne analytiske beskrivelse kan bruges som et designværktøj, da den specificerer de nødvendige geometriske parametre for en nano-helix for at forstærke elektromagnetiske felter med ønskede frekvenser eller polarisering.

HZB-forskerne var i stand til at fremstille nano-antenner i et elektronmikroskop ved at bruge direkte elektronstråleskrivning. Elektronstrålen skriver først en helix-formet kulstofstruktur et punkt ad gangen. Denne struktur er efterfølgende belagt med sølv. De faktiske målinger af de optiske egenskaber for disse sølv nano-antenner er i god overensstemmelse med de beregnede egenskaber forudsagt af den analytiske model.