Meer dan 120 jaar na de ontdekking van het elektromagnetische karakter van radiogolven door Heinrich Hertz, draadloze datatransmissie domineert de informatietechnologie. Er worden steeds hogere radiofrequenties toegepast om in kortere tijd meer gegevens te verzenden. Een paar jaar geleden, wetenschappers ontdekten dat lichtgolven ook voor radiotransmissie kunnen worden gebruikt. Tot dusver, echter, de fabricage van de kleine antennes heeft enorme kosten met zich meegebracht. Duitse wetenschappers zijn er nu voor het eerst in geslaagd om specifiek en reproduceerbaar de kleinste optische nanoantennes van goud te maken.

In 1887, Heinrich Hertz ontdekte de elektromagnetische golven aan de voormalige Technische Hogeschool van Karlsruhe, de voorloper van Univer-sität Karlsruhe (TH). Specifieke en gerichte opwekking van elektromagnetische straling maakt de overdracht van informatie van een plaats A naar een afgelegen locatie B mogelijk. Het belangrijkste onderdeel van deze transmissie is een dipoolantenne aan de zendzijde en aan de ontvangstzijde.

Vandaag, deze technologie wordt op veel gebieden van het dagelijks leven toegepast, bijvoorbeeld, bij mobiele radiocommunicatie of satellietontvangst van omroepprogramma's. Communicatie tussen de zender en ontvanger bereikt de hoogste efficiëntie, als de totale lengte van de dipoolantennes overeenkomt met ongeveer de helft van de golflengte van de elektromagnetische golf.

Radiotransmissie door hoogfrequente elektromagnetische lichtgolven in het frequentiebereik van enkele 100, 000 gigahertz (500, 000 GHz komt overeen met geel licht met een golflengte van 600 nm) vereist minieme antennes die niet langer zijn dan de helft van de golflengte van licht, d.w.z. maximaal 350 nm. De gecontroleerde productie van dergelijke optische transmissieantennes op nanoschaal is tot nu toe wereldwijd een grote uitdaging geweest, omdat dergelijke kleine structuren om fysieke redenen niet gemakkelijk kunnen worden geproduceerd door optische belichtingsmethoden, d.w.z. door het golvende karakter van het licht.

Om de precisie te bereiken die nodig is voor de vervaardiging van gouden antennes die kleiner zijn dan 100 nm, de wetenschappers van de "Nanoscale Science" DFG-Heisenberg Group van het KIT Light Tech-nology Institute (LTI) gebruikten een elektronenstraalproces, de zogenaamde elektronenstraallithografie. De resultaten zijn onlangs gepubliceerd in de Nanotechnologie logboek ( Nanotechnologie 20 (2009) 425203).

Deze gouden antennes werken fysiek als radioantennes. Echter, de laatste zijn 10 miljoen keer zo groot, ze hebben een lengte van ongeveer 1 m. Vandaar, de frequentie die door nanoantennes wordt ontvangen is 1 miljoen keer hoger dan de radiofrequentie, d.w.z. meerdere 100, 000 GHz in plaats van 100 MHz.

Deze nanoantennes zullen informatie verzenden met extreem hoge datasnelheden, omdat de hoge frequentie van de golven een extreem snelle modulatie van het signaal mogelijk maakt. Voor de toekomst van draadloze datatransmissie, dit betekent een versnelling met een factor 10, 000 bij een lager energieverbruik. Vandaar, nanoantennes worden beschouwd als een belangrijke basis voor nieuwe optische high-speed datanetwerken. Het positieve neveneffect:licht in het bereik van 1000 tot 400 nm is niet gevaarlijk voor de mens, dieren, en planten.

In de toekomst, nanoantennes uit Karlsruhe mogen niet alleen worden gebruikt voor informatieoverdracht, maar ook als hulpmiddelen voor optische microscopie:"Met behulp van deze kleine nano-lichtstralers, we kunnen individuele biomoleculen bestuderen, die tot nu toe niet is vastgesteld", zegt Dr. Hans-Jürgen Eisler, die aan het hoofd staat van de DFG Heisenberg-groep bij het Light Technology Institute. Bovendien, de nanoantennes kunnen dienen als hulpmiddelen om nanostructuren van halfgeleiders te karakteriseren, sensor structuren, en geïntegreerde schakelingen. De reden is de efficiënte vangst van licht door nanoantennes. Daarna, ze worden omgezet in lichtemitters en zenden lichtkwantums (fotonen) uit.

De LTI-wetenschappers werken momenteel ook aan het specifiek en efficiënt opvangen van zichtbaar licht door middel van deze antennes en aan het focussen van dit licht op enkele 10 nm, het doel is b.v. de optimalisatie van fotovoltaïsche modules.

Bron:Helmholtz Vereniging van Duitse onderzoekscentra (nieuws:web)