Hybrid nanoantenne designet til at manipulere synligt lys

En optisk antenne i nanoskala udviklet af forskere ved A*STAR tillader manipulation af synlige lysbølger på mikrochips skala. Sådanne nanoantenner kan muliggøre udviklingen af ​​højopløselige billedbehandlingssystemer i små mobile enheder.

Fotoner i lysstråler kan bære mere information end elektroner, der rejser gennem elektriske ledninger. Hvis lys kunne rettes ind i nanoskala-chips som et middel til trådløs dataoverførsel, det kunne åbne vejen for teknologier som højhastighedsbilleddannelse til medicinske formål, og telefonskærme med høj opløsning, tredimensionelle displays.

Nu, Jinfa Ho, Joel Yang, og Arseniy Kuznetsov og deres team ved A*STAR's Institute of Materials Research and Engineering har udviklet en antenne i nanoskala, der kan transmittere lysbølger på chipskalaen. Afgørende, deres design er det første, der muliggør præcis kontrol af den retning, lysbølgerne bevæger sig, mens den begrænser strålingslækage, der kan skabe forstyrrende krydstale mellem komponenter.

De fleste mennesker vil genkende radioantenner med spidser fra bygningstage, omfattende et aktivt fødeelement og en række parallelle metalstænger, eller 'dipoldirektører'. Dette design, kaldet en Yagi-Uda antenne, er en meget vellykket metode til at transmittere radiobølger; størrelsen af ​​hver dipol er designet til at reagere på radiobølger med specifikke bølgelængder og styre dem efter behov.

"For at Yagi-Uda-antenner kan fungere i det optiske bølgelængderegime, de skal nedskaleres til nanometerstørrelser, " siger Ho. "De fleste tidligere forsøg bibeholdt brugen af ​​metaller, som har betydelige tab ved optiske frekvenser på grund af absorption i metallet. I stedet brugte vi en guldkilde dipol konfigureret til en butterfly-form, kombineret med siliciumdirektører (se billedet ovenfor)." Det er brugen af ​​både plasmoniske (guldsløjfe) og dielektriske (siliciumdirektør) strukturer, der fører til nanoantennens hybride natur.

Det elektriske felt-hotspot, der blev skabt i midten af ​​sløjfebåndet, da antennen var i brug, forbedrede guldets fotoluminescerende egenskaber i høj grad. Dette gjorde det muligt for forskerne at afbilde den lille antenne og manipulere retningen af ​​lyssignalet. Brug af silicium-direktører betød, at høje dipolstyrker blev opretholdt i hele antennen, med lave dissipationstab.

"Ved at spændende flere dipoler i nærheden af ​​hinanden med den korrekte faseforskel, vi forbedrede strålingen i den ønskede retning takket være destruktiv og konstruktiv interferens, " forklarer Ho. "Denne forbedrede retningsevne sammenlignet med tidligere designs."

Holdets næste skridt er at skabe en nanoantenne, der vil ændre emissionsretning under forskellige elektriske signaler. "Forestil dig nanoantennearrays, der udsender lys i forskellige retninger, skabe billeder i høj opløsning, der er synlige fra flere synspunkter, " tilføjer Yang.