Een optische antenne op nanoschaal, ontwikkeld door onderzoekers van A*STAR, maakt de manipulatie van zichtbare lichtgolven op de schaal van microchips mogelijk. Dergelijke nanoantennes kunnen de ontwikkeling van beeldvormingssystemen met hoge resolutie in kleine mobiele apparaten mogelijk maken.

Fotonen in lichtstralen kunnen meer informatie bevatten dan elektronen die door elektrische bedrading reizen. Als licht in chips op nanoschaal zou kunnen worden gestuurd als een middel voor draadloze gegevensoverdracht, het zou de weg kunnen openen voor technologieën zoals hogesnelheidsbeeldvorming voor medisch gebruik, en telefoonschermen met een hoge resolutie, driedimensionale weergaven.

Nutsvoorzieningen, Jinfa Ho, Joël Yang, en Arseniy Kuznetsov en hun team van A*STAR's Institute of Materials Research and Engineering hebben een antenne op nanoschaal ontwikkeld die lichtgolven op chipschaal kan uitzenden. Cruciaal, hun ontwerp is het eerste dat nauwkeurige controle mogelijk maakt over de richting waarin de lichtgolven reizen, terwijl stralingslekkage die storende overspraak tussen componenten zou kunnen veroorzaken, wordt beperkt.

De meeste mensen zouden radioantennes met een vork herkennen van daken van gebouwen, bestaande uit een actief voedingselement en een reeks parallelle metalen staven, of 'dipoolregisseurs'. Dit ontwerp, een Yagi-Uda-antenne genoemd, is een zeer succesvolle methode voor het verzenden van radiogolven; de grootte van elke dipool is ontworpen om te reageren op radiogolven van specifieke golflengten en deze naar behoefte te richten.

"Voor Yagi-Uda-antennes om te werken in het optische golflengteregime, ze moeten worden verkleind tot nanometer-afmetingen, " zegt Ho. "De meeste eerdere pogingen behielden het gebruik van metalen, die aanzienlijke verliezen hebben bij optische frequenties vanwege absorptie in het metaal. In plaats daarvan gebruikten we een goudbron dipool geconfigureerd in een vlinderdasvorm, gekoppeld aan siliciumregisseurs (zie afbeelding hierboven)." Het is het gebruik van zowel plasmonische (gouden vlinderdas) als diëlektrische (siliciumregisseur) structuren die leiden tot het hybride karakter van de nanoantenne.

De elektrische veldhotspot die in het midden van de vlinderdas werd gecreëerd toen de antenne in gebruik was, verbeterde de fotoluminescente eigenschappen van het goud aanzienlijk. Hierdoor konden de onderzoekers de kleine antenne in beeld brengen en de richting van het lichtsignaal manipuleren. Het gebruik van siliciumgeleiders betekende dat de hoge dipoolsterkten door de hele antenne werden gehandhaafd, met lage dissipatieverliezen.

"Door verschillende dipolen dicht bij elkaar te bekrachtigen met het juiste faseverschil, we hebben de straling in de gewenste richting verbeterd dankzij destructieve en constructieve interferentie, " legt Ho uit. "Deze verbeterde gerichtheid in vergelijking met eerdere ontwerpen."

De volgende stap van het team is het creëren van een nanoantenne die de emissierichting zal veranderen onder verschillende elektrische signalen. "Stel je nanoantennes voor die licht in verschillende richtingen uitstralen, het creëren van afbeeldingen met een hoge resolutie die zichtbaar zijn vanuit meerdere gezichtspunten, " voegt Yang toe.