In samenwerking met Philips Lighting, onderzoekers van de FOM-instituten AMOLF en DIFFER hebben een manier gevonden om het antenne-effect van metalen nanodeeltjes aan en uit te zetten. Nanoantennes zijn gevoelige ontvangers en versterkers van licht met toepassingen in medische sensoren, verlichting en verbeterde zonnecellen.

In Fysieke beoordelingsbrieven , de onderzoeksgroep van Jaime Gomez-Rivas beschrijft hoe ze nanoantennes coherent aanstuurden om licht optimaal te ontvangen en het verspilde licht te minimaliseren door nauwkeurig gefaseerde lichtgolven te gebruiken.

Nanofotonica

metalen nanodeeltjes, miljardsten meters groot, reageren bijzonder sterk op licht. De onderzoekers zijn gespecialiseerd in] nanofotonica, waar zulke verrassende effecten mogelijk zijn. De elektronen op het metalen oppervlak bewegen mee met licht in de omgeving. Daarom, metalen nanodeeltjes kunnen fungeren als nanoantennes en licht ontvangen en doorlaten.

Nanodeeltjes versterken licht maar verspillen het ook

In de PRL-publicatie beschrijft het team hoe een rooster van metalen piramides, tientallen nanometers groot, beïnvloedt het licht dat wordt ontvangen door de omringende fluorescerende moleculen. Fluorescerende moleculen absorberen licht van de ene golflengte en zenden licht uit op een andere golflengte. Ze worden gebruikt om witte LED-lampen te ontwikkelen, bijvoorbeeld.

Als de emissie van de moleculen wordt versterkt door metalen nanoantennes, ze zenden in bepaalde richtingen een hogere lichtintensiteit uit. Tegelijkertijd, zulke nanoantennes zijn zo gevoelig dat ze ook het licht absorberen dat de fluorescerende moleculen van energie moet voorzien. Daardoor gaat tot 50 procent van de binnenkomende energie verloren.

Schakelaar

Voor een lange tijd, men dacht dat het antenne-effect van nanodeeltjes een intrinsieke eigenschap was die niet aan of uit kon worden gezet. doctoraat onderzoeker Giuseppe Pirruccio (AMOLF en UNAM) slaagde er desondanks in het antenne-effect te moduleren door de inkomende lichtgolven te splitsen. Als de top van de ene lichtgolf samenvalt met het dal van de andere, de nanoantennes werken niet meer terwijl de fluorescerende moleculen in hun omgeving nog energie kunnen krijgen. “De fluorescerende moleculen hebben even de tijd nodig om het binnenkomende licht om te zetten en dit uit te zenden, " zegt collega-onderzoeker Mohammad Ramezani. "Via deze opstelling kun je het storende nanoantenne-effect uitschakelen terwijl je energie levert zonder het mechanisme uit te schakelen dat het uitgestraalde licht versterkt."