En optisk antenn i nanoskala som utvecklats av forskare vid A*STAR möjliggör manipulering av synliga ljusvågor på skalan av mikrochips. Sådana nanoantennae kan möjliggöra utveckling av högupplösta bildsystem i små mobila enheter.

Fotoner i ljusstrålar kan bära mer information än elektroner som reser genom elektriska ledningar. Om ljus skulle kunna riktas inom nanoskala chips som ett sätt för trådlös dataöverföring, det kan öppna vägen för teknik som höghastighetsavbildning för medicinskt bruk, och telefonskärmar med hög upplösning, tredimensionella skärmar.

Nu, Jinfa Ho, Joel Yang, och Arseniy Kuznetsov och deras team vid A*STAR's Institute of Materials Research and Engineering har utvecklat en nanoskala -antenn som kan överföra ljusvågor i chipskalan. Avgörande, deras design är den första som möjliggör exakt kontroll av riktningen som ljusvågorna färdas, samtidigt som strålläckage begränsas som kan skapa störande överhörning mellan komponenter.

De flesta människor skulle känna igen stickade radioantenner från att bygga tak, innefattande ett aktivt matningselement och en serie parallella metallstavar, eller "dipoldirektörer". Denna design, kallas en Yagi-Uda-antenn, är en mycket framgångsrik metod för att sända radiovågor; storleken på varje dipol är utformad för att svara på radiovågor med specifika våglängder och styra dem efter behov.

"För att Yagi-Uda-antenner ska fungera i den optiska våglängdsregimen, de måste skalas ner till nanometerstorlekar, "säger Ho." De flesta tidigare försök behöll metallen, som har betydande förluster vid optiska frekvenser på grund av absorption i metallen. Istället använde vi en guldkälla dipol konfigurerad till en fluga-form, i kombination med kiseldirektorer (se bilden ovan). "Det är användningen av både plasmoniska (guldfluga) och dielektriska (kiseldirektör) strukturer som leder till nanoantennas hybridkaraktär.

Den elektriska fältets hotspot som skapades i mitten av fluga när antennen var i bruk förbättrade guldets fotoluminescerande egenskaper kraftigt. Detta gjorde det möjligt för forskarna att avbilda den lilla antennen och manipulera riktningen för ljussignalen. Genom att använda kiseldirektorer hölls höga dipolstyrkor i hela antennen, med låga spridningsförluster.

"Genom att spänna flera dipoler i närheten av varandra med rätt fasskillnad, vi förbättrade strålningen i önskad riktning tack vare destruktiv och konstruktiv interferens, "förklarar Ho." Detta förbättrade direktivitet jämfört med tidigare mönster. "

Lagets nästa steg är att skapa en nanoantenna som kommer att ändra utsläppsriktning under olika elektriska signaler. "Tänk dig nanoantennae -matriser som avger ljus i olika riktningar, skapa högupplösta bilder synliga från flera synpunkter, "tillägger Yang.