(PhysOrg.com) -- Alla som någonsin har använt en TV, radio eller mobiltelefon vet vad en antenn gör:Den fångar antennsignalerna som gör dessa enheter praktiska. Ett labb vid Rice University har byggt en antenn som fångar ljus på samma sätt, i liten skala som har stor potential.

Fysikern Doug Natelson och doktoranden Dan Ward har hittat ett sätt att göra en optisk antenn av två guldspetsar åtskilda av ett gap i nanoskala som samlar ljus från en laser. Tipsen "ta tag i ljuset och koncentrera det till ett litet utrymme, " Natelson sa, vilket leder till en tusenfaldig ökning av ljusintensiteten i gapet.

Att få en exakt mätning av effekten är en första, sa Natelson, som rapporterade resultaten i dagens onlineupplaga av tidskriften Naturens nanoteknik . Han förväntar sig att upptäckten kommer att vara användbar i utvecklingen av verktyg för optik och för kemisk och biologisk avkänning, även på enmolekylär skala, med konsekvenser för industrisäkerhet, försvar och hemvärnsskydd.

Tidningen av Natelson, Ward och deras kollegor i Tyskland och Spanien beskriver lagets teknik, vilket innebär att laserljus lyser in i gapet mellan ett par guldspetsar som är mindre än en nanometer från varandra - ungefär en hundra tusendels bredd av ett människohår.

"Du kan ignorera det faktum att din bilantenn är byggd av atomer; den fungerar bara, sa Natelson, en risprofessor i fysik och astronomi, och även el- och datateknik. "Men när du har små metallbitar väldigt nära varandra, du måste oroa dig för alla detaljer. Åkrarna kommer att bli stora, situationen kommer att bli komplicerad och du är verkligen begränsad. Vi har kunnat använda lite fysik som bara spelar in när saker är väldigt nära varandra för att hjälpa till att ta reda på vad som händer."

Nyckeln till att mäta ljusförstärkning visade sig vara att mäta något annat, speciellt den elektriska strömmen som flyter mellan guldspetsarna.

Att sätta nanotopparna så nära varandra tillåter laddning att flöda via kvanttunnel när elektronerna skjuts från ena sidan till den andra. Forskarna kunde få elektroner i rörelse genom att trycka på dem vid låga frekvenser med en spänning, på en mycket kontrollerbar, mätbart sätt. De kan också få dem att flyta genom att lysa med lasern, som driver laddningen vid ljusets mycket höga frekvens. Att kunna jämföra de två processerna satte en standard genom vilken ljusförstärkningen kunde bestämmas, sa Natelson. Deras tyska och spanska medförfattare hjälpte till att tillhandahålla den nödvändiga teoretiska motiveringen för analysen.

Amplifieringen är en plasmonisk effekt, sa Natelson. Plasmoner, som kan exciteras av ljus, är oscillerande elektroner i metalliska strukturer som fungerar som krusningar i en pool. "Du har en metallstruktur, du lyser ljus på den, ljuset får elektronerna i denna metallstruktur att skvalpa runt, " sa han. "Du kan tänka på elektronerna i metallen som en inkompressibel vätska, som vatten i ett badkar. Och när du får dem att skvalpa fram och tillbaka, du får elektriska fält.

"Vid metallens ytor, dessa fält kan vara mycket stora - mycket större än de från den ursprungliga strålningen, " sa han. "Det som var svårt att mäta var hur stort. Vi visste inte hur mycket de två sidorna rasade upp och ner - och det är precis det vi bryr oss om."

Genom att samtidigt mäta de lågfrekventa elektriskt drivna och de högfrekventa optiskt drivna strömmarna mellan spetsarna, "vi kan räkna ut spänningen som svänger fram och tillbaka vid de riktigt höga frekvenserna som är karakteristiska för ljus, " han sa.

Natelson sa att hans labbs hemmabyggda apparat, som kombinerar elektronik och optik i nanoskala, är ganska ovanligt. "Det finns många människor som gör optik. Det finns många som gör elektriska mätningar i nanoskala, " sa han. "Det finns fortfarande inte alltför många människor som kombinerar de två."

Den anpassade riggen gav Rice-forskarna ett mått av kontroll över termiska och elektriska egenskaper som har hindrat andra utredare. Spetsarna kyls till 80 Kelvin, ca -315 grader Fahrenheit, och är elektriskt isolerade från sina kiselbaser, hålla borta spänningar som kan förvränga resultaten.

"Anledningen till att vi studerar dessa förbättrade fält är inte bara för att de finns där, ", sa Natelson. "Om du kan förbättra det lokala fältet med en faktor 1, 000, det finns massor av saker du kan göra när det gäller sensorer och icke-linjär optik. Allt som ger dig koll på vad som händer på dessa små skalor är mycket användbart.

"Detta är en av de sällsynta, glada fall där du faktiskt kan få information - mycket lokal information - om precis något du bryr dig om."