Нано антенны для передачи данных

Направленные антенны преобразуют электрические сигналы в радиоволны и направляют их на приемник - с низкой мощностью передачи и без лишних помех. Этот принцип, который полезен в радиоволновой технологии, также может быть интересен для миниатюрных источников света, в конце концов, почти вся интернет-связь происходит с помощью света.

Направленные антенны для света на самом деле могут быть использованы для обмена данными между различными ядрами процессора со скоростью света и с низкими потерями. Для того чтобы антенны работали с очень короткими длинами волн видимого света, размер таких направленных антенн должен быть уменьшен до нанометрического диапазона. Ученые Вюрцбургского университета заложили основы этой технологии с помощью новаторской работы.

Впервые им удалось генерировать направленный инфракрасный свет с помощью электрической антенны Yagi-Uda, выполненной из золота.

Как можно представить себе антенну Yagi-Uda для света? „Она, по сути, работает как ее большие братья и сестры в области радио“, - объясняет Рене Куллок из Университета Вюрцбурга. Там электроны возбуждаются, чтобы вибрировать, применяя переменное напряжение в металле. В результате антенны излучают электромагнитные волны.

"Однако в случае антенны Yagi-Uda это происходит не во всех направлениях равномерно, а путем целенаправленного наложения излучаемых волн с помощью специальных отражающих и направляющих элементов", - сказал Куллок. "Это приводит к конструктивной интерференции в одном направлении и стиранию во всех других направлениях." Соответственно, такая антенна может работать в качестве приемника также получать исключительно свет из того же направления.

Применение законов антенной технологии к антеннам нанометрового размера, которые излучают свет, является технически сложным. Некоторое время назад исследователи из Вюрцбургского университета смогли показать, что принцип работы электрической антенны с электрическим питанием работает. Однако, чтобы изготовить относительно сложную антенну Yagi-Uda, им пришлось придумать что-то новое. В конце концов, они добились успеха благодаря сложной процедуре изготовления.

"Мы бомбардировали золото ионами галлия и смогли точно отфрезеровать форму антенны со всеми элементами отражателя и директора, а также необходимые соединительные провода из кристаллов золота высокой чистоты", - объясняет Берт Хехт из Вюрцбургского университета.

На следующем этапе ученые разместили наночастицу из золота в элементе управления так, чтобы она касалась одного провода элемента управления и находилась на расстоянии всего одного нанометра от другого провода.

"Этот зазор настолько узок, что электроны могут его преодолеть благодаря квантово-механическому туннельному эффекту, как только подается напряжение", - объясняет Каллок.

Это движение заряда создает вибрации с оптическими частотами в антенне, которые излучаются благодаря особому расположению отражателя и элементов управления.

Исследователи особенно очарованы необычным свойством их новой антенны, которая излучает свет в направленном направлении, хотя она очень мала. Потому что, как и в радиоволновой технологии, точность направления излучения света определяется количеством антенных элементов в уже построенной антенне. "Благодаря этому мы создали самый маленький электрический источник света в мире, который может излучать свет в определенном направлении", - говорит Хехт. Однако предстоит еще много работы, прежде чем она будет готова к использованию. С одной стороны, исследователям приходится работать над аналогом для приема световых сигналов. С другой стороны, они должны повысить эффективность и стабильность.