Pyramide nanoskala antenner lyser op og ned

Forskere fra FOM Institute AMOLF og Philips Research har designet og fremstillet en ny type nanoskala-antenne. De nye antenner ligner pyramider, frem for de mere almindeligt anvendte lige søjler. Pyramideformen øger interferensen mellem de magnetiske og elektriske lysfelter. Dette gør den pyramideformede antenne i stand til at forbedre lysudsendelsen og udstråle forskellige farver af lys i modsatte retninger. Denne opdagelse kan føre til mere effektive lysudsendende enheder (LED'er). Forskerne offentliggjorde deres resultater online den 12. december 2014 i Fysiske anmeldelsesbreve .

Individuelle antenner

En lige antenne i nanoskala vil hovedsageligt reagere på det elektriske lysfelt. Det betyder, at virkningerne af lysets magnetfelt, som rummer halvdelen af ​​lysets energi, bliver tilsidesat. I lang tid blev dette ikke betragtet som et problem, der kunne løses, fordi de fleste af de metaller, der bruges til at fremstille antenner, alligevel ikke reagerer på lysets magnetfelt.

Dette ændrede sig for nylig, på grund af den hurtige udvikling inden for metamaterialeforskning. Det, der tidligere syntes at være umuligt - at lave antenner, der reagerer stærkt på lysets magnetfelt - kan nu gøres ved at strukturere metaller på nanoskalaen.

Med disse ideer i tankerne, AMOLF og Philips forskerne byggede den pyramideformede antenne. Ved omhyggeligt at designe højden og hældningen af ​​antennens sidevægge, forskerne fandt ud af, at reaktionen på lysets magnetiske felt er næsten lige så stærk som reaktionen på lysets elektriske felt.

Antenner i et array

Efter at have set de beskrevne effekter i individuelle nanoskala-antenner, forskerne tog det et skridt videre og placerede flere pyramideformede antenner i et array. Den effekt, som antennerne har på hinanden, viser sig at være ret slående. Ved visse bølgelængder (farver) af lys, antennerne kan kobles til hinanden via lyset, der er spredt på arrayets overflade. Dette gør gruppen af ​​antenner mere effektiv til at udstråle lys end summen af ​​de enkelte antenner. Ud over, antennegruppen kan fungere samlet ved én bølgelængde, samtidig med at antennerne arbejder individuelt med en anden bølgelængde. Dermed, den samme række af pyramideformede antenner kan sende lys af en bestemt farve opad, og af en anden farve nedad.

Ansøgninger

Rækken af ​​pyramideformede antenner i nanoskala har et stort potentiale for forbedring af LED'er. I øjeblikket, mange LED'er er designet til at udsende lys i én retning, for eksempel kun 'opad'. Sådanne LED'er bruges for eksempel i bilbelysning eller spotlys. Desværre, det lysemitterende materiale inde i en LED udsender lys med samme intensitet både opad og nedad. Da kun den 'opadgående' emission er nyttig, det nedadgående lys skal genbruges ved at tilføje flere optiske elementer, såsom spejle, til LED'en. Disse elementer gør LED'en omfangsrig og mindre effektiv, da noget lys uundgåeligt går tabt under genbrugsprocessen.

At integrere de pyramideformede antenner i LED'en har et stort potentiale for at overvinde disse ulemper. De pyramideformede antenner er i stand til selektivt at sende en farve af lys opad. Hvis en uønsket farve er til stede, dette kan stråles nedad. Denne udvikling kan i høj grad øge effektiviteten af ​​enkelte LED'er og forbedre integrationen af ​​LED'er i kombinerede lyssystemer.