Mindste nanoantenner til højhastighedsdatanetværk

Mere end 120 år efter opdagelsen af ​​radiobølgernes elektromagnetiske karakter af Heinrich Hertz, trådløs datatransmission dominerer informationsteknologien. Højere og højere radiofrekvenser anvendes til at transmittere flere data inden for kortere tidsrum. For nogle år siden, forskere fandt ud af, at lysbølger også kunne bruges til radiotransmission. Indtil nu, imidlertid, fremstillingen af ​​de små antenner har krævet en enorm udgift. Tyske forskere er nu for første gang lykkedes med specifikt og reproducerbart at fremstille de mindste optiske nanoantenner af guld.

I 1887, Heinrich Hertz opdagede de elektromagnetiske bølger på det tidligere tekniske college i Karlsruhe, forgængeren til Univer-sität Karlsruhe (TH). Specifik og rettet generering af elektromagnetisk stråling muliggør transmission af information fra et sted A til et fjerntliggende sted B. Nøglekomponenten i denne transmission er en dipolantenne på transmissionssiden og på modtagesiden.

I dag, denne teknologi anvendes på mange områder af hverdagen, for eksempel, i mobilradiokommunikation eller satellitmodtagelse af udsendelsesprogrammer. Kommunikation mellem sender og modtager opnår højeste effektivitet, hvis den samlede længde af dipolantennerne svarer til cirka halvdelen af ​​den elektromagnetiske bølges bølgelængde.

Radiotransmission med højfrekvente elektromagnetiske lysbølger i frekvensområdet på flere 100, 000 gigahertz (500, 000 GHz svarer til gult lys på 600 nm bølgelængde) kræver meget små antenner, der ikke er længere end halvdelen af ​​lysets bølgelængde, dvs. 350 nm ved maksimum. Kontrolleret fremstilling af sådanne optiske transmissionsantenner på nanoskala har hidtil været meget udfordrende på verdensplan, fordi sådanne små strukturer ikke let kan fremstilles ved optiske eksponeringsmetoder af fysiske årsager, altså på grund af lysets bølgekarakter.

For at opnå den præcision, der kræves til fremstilling af guldantenner, der er mindre end 100 nm, videnskabsmændene, der arbejder i "Nanoscale Science" DFG-Heisenberg-gruppen ved KIT Light Tech-nology Institute (LTI), brugte en elektronstråleproces, den såkaldte elektronstrålelitografi. Resultaterne blev offentliggjort for nylig i Nanoteknologi dagbog ( Nanoteknologi 20 (2009) 425203).

Disse guldantenner fungerer fysisk som radioantenner. Imidlertid, sidstnævnte er 10 millioner gange så store, de har en længde på omkring 1 m. Derfor, frekvensen modtaget af nanoantenner er 1 million gange højere end radiofrekvensen, dvs flere 100, 000 GHz i stedet for 100 MHz.

Disse nanoantenner skal transmittere information ved ekstremt høje datahastigheder, fordi bølgernes høje frekvens giver mulighed for en ekstrem hurtig modulation af signalet. For fremtidens trådløse datatransmission, dette betyder acceleration med en faktor 10, 000 ved reduceret energiforbrug. Derfor, nanoantenner betragtes som et vigtigt grundlag for nye optiske højhastighedsdatanetværk. Den positive bivirkning:Lys i området 1000 til 400 nm er ikke farligt for mennesker, dyr, og planter.

I fremtiden, nanoantenner fra Karlsruhe må ikke kun bruges til informationstransmission, men også som værktøjer til optisk mikroskopi:"Ved hjælp af disse små nano-lysemittere, vi kan studere individuelle biomolekyler, som ikke er etableret indtil videre", siger Dr. Hans-Jürgen Eisler, der leder DFG Heisenberg-gruppen på Lysteknologisk Institut. I øvrigt, nanoantennerne kan tjene som værktøjer til at karakterisere nanostrukturer fra halvledere, sensor strukturer, og integrerede kredsløb. Årsagen er den effektive opfangning af lys af nanoantenner. Derefter, de omdannes til lysgivere og udsender lyskvanter (fotoner).

LTI-forskerne arbejder i øjeblikket også på den specifikke og effektive indfangning af synligt lys ved hjælp af disse antenner og på at fokusere dette lys på nogle få 10 nm, formålet er f.eks. optimering af solcellemoduler.

Kilde:Helmholtz Association of German Research Centres (nyheder:web)