Små antenner lader lange lysbølger se i infrarød

(Phys.org) —University of Illinois ved Urbana-Champaign-forskere har udviklet arrays af små nano-antenner, der kan muliggøre registrering af molekyler, der giver genlyd i det infrarøde (IR) spektrum.

"Identifikationen af ​​molekyler ved at registrere deres unikke absorptionsresonanser er meget vigtig for miljøovervågning, industriel proceskontrol og militære applikationer, sagde teamleder Daniel Wasserman, professor i el- og computerteknik. Wasserman er også en del af Micro and Nano Technology Laboratory i Illinois.

Fødevare- og medicinalindustrien bruger lys til at opdage forurenende stoffer og for at sikre kvalitet. Lyset interagerer med bindingerne i molekylerne, som giver genlyd ved bestemte frekvenser, giver hvert molekyle et "spektralt fingeraftryk". Mange molekyler og materialer giver stærkere genklang i IR -enden af ​​spektret, som har meget lange lysbølgelængder - ofte større end molekylerne selv.

"Absorptionssignaturerne for nogle af molekylerne af interesse for disse applikationer kan være ret svage, og når vi går til materialer i nanoskala, det kan være meget svært at se absorption fra mængder, der er mindre end lysets bølgelængde, "Wasserman sagde." Det er her, vores antennearrayoverflader kan have en betydelig indvirkning. "

Andre antennesystemer i nano-skala kan ikke indstilles til en længere lysbølgelængde på grund af begrænsningerne ved traditionelle nanoantenna-materialer. Illinois -holdet brugte stærkt dopede halvledere, vokset med en teknik kaldet molekylær stråle epitaxy, der bruges til at lave IR lasere og detektorer.

"Vi har vist, at nanostrukturer fremstillet af stærkt dopede halvledere fungerer som antenner i infrarød, "sagde Stephanie Law, en postdoktor i Illinois og hovedforfatteren af ​​værket. "Antennerne koncentrerer dette meget lange bølgelængdelys i ultra-subbølgelængdevolumener, og kan bruges til at registrere molekyler med meget svage absorptionsresonanser. "

Halvlederantennearrayerne tillader lys med lang bølgelængde stærkt at interagere med nanoskala-prøver, så arraysne kunne forbedre detekteringen af ​​små mængder materialer med et standard IR -spektrometer - allerede et almindeligt stykke udstyr i mange industri- og forskningslaboratorier.

Forskerne demonstrerede yderligere deres evne til at kontrollere positionen og styrken af ​​antenneresonansen ved at justere nanoantenna -dimensioner og halvledermaterialets egenskaber.

Gruppen vil fortsætte med at udforske nye former og strukturer for yderligere at forbedre lys-stof-interaktion i meget små skalaer og potentielt integrere disse materialer med andre sensingsystemer.

"Vi søger at integrere disse antennestrukturer med optoelektroniske enheder for at gøre mere effektive, mindre, optoelektroniske komponenter til sensing og sikkerhed applikationer, "Sagde Wasserman.

Papiret har titlen "All-Semiconductor Plasmonic Nanoantennas for Infrared Sensing."