Новости

Нанотехнология обещает массу новых датчиков и оптических компонентов, но миниатюрный размер может усложнить обмен информацией между устройствами. Ученые из Испании продемонстрировали новое решение этой проблемы, установив наноантенны, которые смогут отправлять и получать данные оптических наблюдений с высокой точностью, сообщает physicsworld.com.

В этом году уже сообщалось об изобретении японскими учеными наноразмерной версии знаменитой антенны "Уда-Яги" (антенна "волновой канал"). Антенна "Уда-Яги" была изобретена в 1920-х годах для преодоления искажений сигнала, ухудшающих его качество при передаче на расстоянии. Наряду с радиолокационной станцией она использовалась в период Второй Мировой Войны, а потом стала обычной антенной для передачи и приема телевизионных сигналов.

Основным принципом ее классического дизайна являются пассивные элементы, сделанные из длинных полос электрических проводников. Эти элементы индуцируют электрический ток в присутствии радиосигналов, которые, в свою очередь, генерируют вторичные радиосигналы, передаваемые в том же направлении, что и исходный сигнал. Этот же принцип действует в обратном направлении, то есть антенна может усилить сигнал при получении информации.

Дорогая, я уменьшил антенну

В наноразмерной версии волновой антенны проводниковые полосы заменяются сеткой золотых наностержней. Наностержни расположены таким образом, что входящий свет приводит в действие плазмоны золотой поверхности – то есть коллективное волновое движение миллиардов электронов, – резонирует и испускает вторичный свет в том же направлении. Японские ученые утверждают, что их устройство приведет к созданию новых датчиков, при условии, что их можно будет совмещать со светоизлучающими частицами.

Этого удалость достичь Нику ван Хальсту и его коллегам из Института Оптики и Фотоники (ICFO) в Барселоне вместе с исследователями Каталонского научно-исследовательского института (ICREA). При помощи литографии для травления устройств на стеклянной подложке они разработали несколько наноразмерных волновых антенн, содержащих миниатюрные пассивные элементы из золота. Общая длина антенн составила 830 нм, размер облучателей - 145 нанометров, расстояние между компонентами - 175 нанометров.

Чтобы объединить антенны с частицами, группа Ван Хальста также использовала литографию для нанесения на подложку квантовых точек – наноразмерных фрагментов полупроводника, удерживающих электроны в трехмерном пространстве таким образом, что их электронными свойствами можно управлять, изменяя размеры точек. Разместив квантовые точки близко к золотым облучателям, ученым удалось совместить квантовые точки с близлежащими наноантеннами.

Узкий угловой конус

В такой конфигурации группа Ван Хальста смогла показать, что свет, исходящий от квантовых точек в спектре люминесценции, был передан волновыми антеннами в узкий угловой конус. "Управляемое взаимодействие между светом и материалом возможно даже в ассиметричных условиях", - говорит Альберто Курто, член научной группы из Барселоны. -  "Этот открытие в нанооптике может использоваться в квантовых оптических технологиях и для обнаружения незначительного количества химических веществ".

Ученые подчеркнули важность настройки системы путем создания пассивных элементов, которые соответствуют спектру люминесценции. "Мы изготовили антенны разных размеров и показали важность резонансной настройки между квантовыми точками и антенной для правильной направленности сигнала, как у классической телевизионной антенны", - рассказал Ван Хальст сайту physicsworld.com.

Ютака Кадоя - член японской научной группы, ранее опубликовавшей информацию о наноантеннах, - восхищен скоростью появления нового открытия и считает его научной победой. "Сегодня широко используется компьютерное моделирование (в том числе из-за его доступности), а эксперименты становятся все жестче. Я думаю, что реальный прогресс невозможен без экспериментальных исследований", - отметил Кадоя. Он полагает, что в будущем необходимо сосредоточиться на изучении квантовых точек для лучшего понимания динамики люминесценции.