Mer än 120 år efter upptäckten av radiovågornas elektromagnetiska karaktär av Heinrich Hertz, trådlös dataöverföring dominerar informationsteknologin. Högre och högre radiofrekvenser används för att överföra mer data inom kortare tidsperioder. För några år sedan, forskare fann att ljusvågor också kan användas för radiosändning. Än så länge, dock, tillverkningen av de små antennerna har krävt enorma utgifter. Tyska forskare har nu för första gången lyckats specifikt och reproducerbart tillverka minsta optiska nanoantenner av guld.

1887, Heinrich Hertz upptäckte de elektromagnetiska vågorna vid den tidigare tekniska högskolan i Karlsruhe, föregångaren till Univer-sität Karlsruhe (TH). Specifik och riktad generering av elektromagnetisk strålning möjliggör överföring av information från en plats A till en avlägsen plats B. Nyckelkomponenten i denna sändning är en dipolantenn på sändningssidan och på mottagningssidan.

I dag, denna teknik tillämpas på många områden i vardagen, till exempel, inom mobil radiokommunikation eller satellitmottagning av sändningsprogram. Kommunikationen mellan sändaren och mottagaren når högsta effektivitet, om dipolantennernas totala längd motsvarar ungefär hälften av den elektromagnetiska vågens våglängd.

Radioöverföring med högfrekventa elektromagnetiska ljusvågor i frekvensområdet flera 100, 000 gigahertz (500, 000 GHz motsvarar gult ljus med 600 nm våglängd) kräver mycket små antenner som inte är längre än halva ljusets våglängd, dvs 350 nm som max. Kontrollerad tillverkning av sådana optiska transmissionsantenner på nanoskala har hittills varit mycket utmanande över hela världen, eftersom sådana små strukturer inte enkelt kan produceras med optiska exponeringsmetoder av fysiska skäl, dvs på grund av ljusets vågkaraktär.

För att uppnå den precision som krävs för tillverkning av guldantenner som är mindre än 100 nm, forskarna som arbetar i "Nanoscale Science" DFG-Heisenberg Group vid KIT Light Tech-nology Institute (LTI) använde en elektronstråleprocess, den så kallade elektronstrålelitografin. Resultaten publicerades nyligen i Nanoteknik journal ( Nanoteknik 20 (2009) 425203).

Dessa guldantenner fungerar fysiskt som radioantenner. Dock, de senare är 10 miljoner gånger så stora, de har en längd på ca 1 m. Därav, frekvensen som tas emot av nanoantenner är 1 miljon gånger högre än radiofrekvensen, dvs flera 100, 000 GHz istället för 100 MHz.

Dessa nanoantenner ska överföra information med extremt höga datahastigheter, eftersom vågornas höga frekvens möjliggör en extremt snabb modulering av signalen. För framtiden för trådlös dataöverföring, detta betyder acceleration med en faktor 10, 000:- vid minskad energiförbrukning. Därav, nanoantenner anses vara en viktig grund för nya optiska höghastighetsdatanätverk. Den positiva bieffekten:Ljus i området 1000 till 400 nm är inte farligt för människor, djur, och växter.

I framtiden, nanoantenner från Karlsruhe får inte bara användas för informationsöverföring, men också som verktyg för optisk mikroskopi:"Med hjälp av dessa små nanoljussändare, vi kan studera individuella biomolekyler, som inte har fastställts hittills", säger Dr Hans-Jürgen Eisler, som leder DFG Heisenberg -gruppen vid Light Technology Institute. Dessutom, nanoantennerna kan fungera som verktyg för att karakterisera nanostrukturer från halvledare, sensorstrukturer, och integrerade kretsar. Anledningen är den effektiva infångningen av ljus av nanoantenner. Därefter, de förvandlas till ljussändare och avger ljuskvantum (fotoner).

LTI -forskarna arbetar för närvarande också med specifik och effektiv fångst av synligt ljus med hjälp av dessa antenner och med att fokusera detta ljus på några 10 nm, syftet är t.ex. optimering av solcellsmoduler.

Källa:Helmholtz Association of German Research Centers (nyheter:webb)