Fysiker från universitetet i Würzburg har omvandlat elektriska signaler till fotoner och strålat ut dem i specifika riktningar med hjälp av en optisk antenn med låg fotavtryck som bara är 800 nanometer stor.

Riktningsantenner omvandlar elektriska signaler till radiovågor och avger dem i en viss riktning, möjliggör ökad prestanda och minskad störning. Denna princip, vilket är användbart inom radiovågsteknik, kan också vara intressant för miniatyriserade ljuskällor. Trots allt, nästan all internetbaserad kommunikation använder optisk ljuskommunikation. Riktningsantenner för ljus kan användas för att utbyta data mellan olika processorkärnor med liten förlust och med ljusets hastighet. För att antenner ska kunna arbeta med de mycket korta våglängderna av synligt ljus, sådana riktningsantenner måste krympa till nanometer skala.

Würzburg -fysiker har nu lagt grunden för denna teknik i en banbrytande publikation:I tidningen " Naturkommunikation ", de beskriver för första gången hur man genererar riktat infrarött ljus med hjälp av en elektriskt driven Yagi-Uda-antenn av guld. Antennen utvecklades av nanooptisk arbetsgrupp av professor Bert Hecht, som innehar ordförande för experimentell fysik 5 vid universitetet i Würzburg. Namnet "Yagi-Uda" härrör från de två japanska forskarna, Hidetsugu Yagi och Shintaro Uda, som uppfann antennen på 1920 -talet.

Tillämpa lagarna för optisk antennteknik

Hur ser en Yagi-Uda-antenn för ljus ut? "I grund och botten, det fungerar på samma sätt som sina storebröder för radiovågor, "förklarar Dr René Kullock, medlem i nano-optikteamet. En växelspänning appliceras som får elektroner i metallen att vibrera och antennerna utstrålar elektromagnetiska vågor som ett resultat. "När det gäller en Yagi-Uda-antenn, dock, detta sker inte jämnt i alla riktningar utan genom den selektiva överlagringen av de utstrålade vågorna med hjälp av speciella element, de så kallade reflektorerna och regissörerna, "säger Kullock." Detta resulterar i konstruktiv störning i en riktning och destruktiv störning i alla andra riktningar. "Följaktligen, en sådan antenn skulle bara kunna ta emot ljus som kommer från samma riktning när den används som en mottagare.

Det är tekniskt utmanande att tillämpa antennteknikens lagar på nanometerskalantenner som utstrålar ljus. För en tid sedan, Würzburg -fysikerna kunde redan visa att principen för en elektriskt driven ljusantenn fungerar. Men för att göra en relativt komplex Yagi-Uda-antenn, de var tvungna att komma med några nya idéer. I slutet, de lyckades tack vare en sofistikerad produktionsteknik:"Vi bombarderade guld med galliumjoner som gjorde att vi kunde klippa ut antennformen med alla reflektorer och regissörer samt de nödvändiga anslutningstrådarna från högrenhetsguldkristaller med stor precision, "förklarar Bert Hecht.

I ett nästa steg, fysikerna placerade en guld -nanopartikel i det aktiva elementet så att den vidrör en tråd av det aktiva elementet samtidigt som de bara håller ett avstånd från en nanometer till den andra tråden. "Detta gap är så smalt att elektroner kan korsa det när spänning appliceras med en process som kallas kvanttunnel, "förklarar Kullock. Denna laddningsrörelse genererar vibrationer med optiska frekvenser i antennen som avges i en specifik riktning tack vare det speciella arrangemanget av reflektorerna och reglagen.

Noggrannheten beror på antalet styrelseledamöter

Würzburg -forskarna fascineras av den ovanliga egenskapen hos deras nya antenn som utstrålar ljus i en viss riktning även om den är mycket liten. Som i deras "större motsvarigheter, "radiovågsantennerna, riktningsnoggrannheten för den nya optiska antennens ljusemission bestäms av antalet antennelement. "Detta har gjort det möjligt för oss att bygga världens minsta elektriskt drivna ljuskälla hittills som kan avge ljus i en specifik riktning, "Hecht detaljer.

Dock, mycket arbete behöver fortfarande göras innan den nya uppfinningen är redo att användas i praktiken. För det första, fysikerna måste arbeta med motsvarigheten som tar emot ljussignaler. För det andra, de måste öka effektiviteten och stabiliteten.