Un'antenna ottica su nanoscala sviluppata dai ricercatori di A*STAR consente la manipolazione delle onde luminose visibili sulla scala dei microchip. Tali nanoantenne possono consentire lo sviluppo di sistemi di imaging ad alta risoluzione in piccoli dispositivi mobili.

I fotoni nei fasci di luce possono trasportare più informazioni degli elettroni che viaggiano attraverso i cavi elettrici. Se la luce potesse essere diretta all'interno di chip su scala nanometrica come mezzo di trasferimento dati wireless, potrebbe aprire la strada a tecnologie come l'imaging ad alta velocità per usi medici, e schermi del telefono che vantano un'alta risoluzione, display tridimensionali.

Ora, Jinfa Ho, Joel Yang, e Arseniy Kuznetsov e il loro team presso l'Istituto di ricerca e ingegneria dei materiali di A*STAR hanno sviluppato un'antenna su nanoscala in grado di trasmettere onde luminose su scala di chip. In modo cruciale, il loro design è il primo a consentire un controllo preciso della direzione in cui viaggiano le onde luminose, limitando allo stesso tempo la dispersione di radiazioni che potrebbero creare diafonia interferente tra i componenti.

La maggior parte delle persone riconoscerebbe le antenne radio a punta dai tetti degli edifici, comprendente un elemento di alimentazione attivo e una serie di aste metalliche parallele, o 'registi dipolo'. Questo disegno, chiamata antenna Yagi-Uda, è un metodo di grande successo per la trasmissione di onde radio; la dimensione di ciascun dipolo è progettata per rispondere alle onde radio di specifiche lunghezze d'onda e dirigerle secondo necessità.

"Perché le antenne Yagi-Uda operino nel regime di lunghezze d'onda ottiche, devono essere ridimensionati a dimensioni nanometriche, " dice Ho. "La maggior parte dei tentativi precedenti ha mantenuto l'uso dei metalli, che hanno perdite significative alle frequenze ottiche a causa dell'assorbimento nel metallo. Invece abbiamo usato un dipolo sorgente d'oro configurato a forma di papillon, accoppiato con direttori di silicio (vedi immagine sopra)." È l'uso di entrambe le strutture plasmoniche (farfallino d'oro) e dielettriche (direttore di silicio) che porta alla natura ibrida della nanoantenna.

L'hotspot del campo elettrico creato nel mezzo del papillon quando l'antenna era in uso ha notevolmente migliorato le proprietà fotoluminescenti dell'oro. Ciò ha permesso ai ricercatori di visualizzare l'immagine della minuscola antenna e manipolare la direzione del segnale luminoso. L'uso di direttori in silicio significava che le elevate forze di dipolo venivano mantenute in tutta l'antenna, con basse perdite di dissipazione.

"Eccitando diversi dipoli in stretta vicinanza l'uno all'altro con la corretta differenza di fase, abbiamo potenziato la radiazione nella direzione desiderata grazie ad interferenze distruttive e costruttive, " spiega Ho. "Questa direttività è migliorata rispetto ai progetti precedenti".

Il prossimo passo del team è creare una nanoantenna che cambierà la direzione di emissione sotto diversi segnali elettrici. "Immagina array di nanoantenne che emettono luce in direzioni diverse, creare immagini ad alta risoluzione visibili da più punti di vista, "aggiunge Yang.