Nanoantenneja tiedonsiirtoon

20.01.2020

Wurzburg-nanokokoinen-Yagi-Uda-antenni-300-t.jpgWürzburgin yliopiston fysiikan laitoksella on rakennettu maailman ensimmäinen sähköisesti toimiva valoa suuntaava Yagi-Uda-antenni.

Suunta-antennit toimivat tiettyyn suuntaan, mikä parantaa suorituskykyä ja vähentää häiriöitä. Tämä periaate, joka on hyödyllinen radioaaltojen parissa, voisi olla mielenkiintoinen myös pienikokoisille valonlähteille.

Valon suunta-antenneja voitaisiin käyttää datan vaihtoon eri suorittimien välillä pienellä häviöllä ja valon nopeudella. Jotta antennit voisivat toimia hyvin näkyvän valon lyhyillä aallonpituuksilla, ne on kutistettava nanometrien mittoihin.

Würzburgin fyysikot ovat nyt rakentaneet perustan tälle teknologialle. Antennin on kehittänyt professori Bert Hechtin nano-optiikan työryhmä, joka toimii Würzburgin yliopiston Experimental Physics 5:n johtajana.

"Periaatteessa Yagi-Uda-valoantenni toimii samalla tavalla kuin suuret veljensä radioaalloilla", selittää nano-optiikkatiimin jäsen Dr. René Kullock.

Antennitekniikan lakien soveltaminen valoa säteileviin nanometrien antenneihin on teknisesti haastavaa. Jonkin aikaa sitten Würzburgin fyysikot pystyivät jo osoittamaan, että sähkökäyttöisen valoantennin periaate toimii. Mutta voidakseen tehdä suhteellisen monimutkaisen Yagi-Uda-antennin, heidän piti kehitellä uusia ideoita.

Loppujen lopuksi he onnistuivat hienostuneen valmistustekniikan ansiosta: "Pommitimme kultaa galliumioneilla, jotka antoivat meille mahdollisuuden leikata antennin muoto, heijastimet ja ohjaimet sekä tarvittavat liitosjohdot erittäin puhtaan kullan kiteistä suurella tarkkuudella", selittää Bert Hecht.

Seuraavassa vaiheessa fyysikot sijoittivat kultaisen nanohiukkasen aktiiviseen elementtiin siten, että se koskettaa aktiivisen elementin yhtä lankaa pitäen samalla vain yhden nanometrin etäisyyden toiseen lankaan. "Tämä aukko on niin kapea, että elektronit voivat ylittää sen, kun jännite ohjailee kvanttitunnelointiprosessia", Kullock selittää. Tämä varausliike tuottaa värähtelyjä antennin optisilla taajuuksilla, jotka emittoidaan tiettyyn suuntaan heijastimien ja ohjaimien järjestelyn mukaisesti.

Würzburgin tutkijoita kiehtoo uuden antennin epätavallinen ominaisuus, joka säteilee valoa tiettyyn suuntaan, vaikka se onkin hyvin pieni. Kuten radioaalloillakin, uuden optisen antennin valon säteilyn suuntatarkkuus määräytyy antennielementtien lukumäärän perusteella. "Tämän ansiosta olemme voineet rakentaa tähän mennessä maailman pienimmän sähköisesti käytettävän valonlähteen, joka pystyy lähettämään valoa tiettyyn suuntaan", Hecht tarkentaa.

Paljon työtä on kuitenkin vielä tehtävä, ennen kuin uusi keksintö on valmis käytännössä. Ensinnäkin fyysikkojen on työstettävä valosignaaleja vastaanottava versio. Toiseksi niiden on lisättävä keksintönsä tehokkuutta ja vakautta.

Aiheesta aiemmin:

Nanoantenneja ja yhden elektronin transistoreita

Antennitutkimus kyseenalaistettu

17.09.2020Aurinkokennoille kaksi kerrosta on parempi kuin yksi
16.09.2020Läpi sumun ja heinäsirkkaparven
15.09.2020Fononilaser
14.09.2020Transistoreita jäähdyttäen ja pinoten
11.09.2020Kubitteja kiertäen ja kaartaen
10.09.2020Tarkempia mittauksia mutkan kautta
09.09.2020Nopeampi ja tehokkaampi energian varastointi
08.09.2020Kvanttiläpimurto turvallisemmalle tietoliikenteelle
07.09.2020Tarkkuutta tekoälyyn
04.09.2020Mikroelektroniset robotit liikkeelle laserilla

Siirry arkistoon »