Atomi e molecole possono essere fatti per emettere fotoni. Però, senza intervento esterno, questo processo è inefficiente e non orientato. Se fosse possibile influenzare il processo di creazione dei fotoni in termini di efficienza e direzione di emissione, nuove possibilità tecniche sarebbero possibili, compreso piccolo, pixel luminosi multifunzionali che potrebbero essere utilizzati per costruire display tridimensionali o fonti affidabili di singoli fotoni per computer quantistici o microscopi ottici per mappare singole molecole.

Le "antenne ottiche" di dimensioni nanometriche sono un approccio ben noto. Sono in grado di inviare fotoni in una direzione specifica con alta efficienza. L'idea risale al premio Nobel Richard P. Feynman che immaginò antenne su scala nanometrica durante un discorso al California Institute of Technology nel 1959.

Feynman era molto in anticipo sui tempi, ma ha ispirato il rapido sviluppo della nanotecnologia, che consente oggi di costruire antenne per la luce visibile. Le dimensioni ei dettagli strutturali di tali antenne possono essere controllati con precisione a una dimensione di circa 250 nanometri.

I deficit delle antenne luminose esistenti

La forma di queste antenne ottiche è stata precedentemente ispirata da modelli consolidati della comunicazione radio e della tecnologia radio, che di solito sono fatti di fili metallici appositamente sagomati e matrici di barre metalliche per lunghezze d'onda nell'intervallo centimetrico. È possibile costruire antenne per onde luminose utilizzando nanobarre metalliche per influenzare la creazione e la propagazione dei fotoni, ma l'analogia tra onde radio e onde luminose è limitata.

Mentre le antenne radio macroscopiche hanno un generatore ad alta frequenza collegato all'antenna via cavo, il collegamento su scala nanometrica di una lunghezza d'onda luminosa deve essere senza contatto. Ma gli atomi e le molecole che fungono da sorgenti di fotoni non dispongono di cavi di collegamento per collegarli a un'antenna ottica.

È questa grande differenza, combinato con una serie di altre sfide causate dall'alta frequenza della luce, ciò ha reso finora difficile produrre e successivamente controllare fotoni con antenne ottiche in maniera soddisfacente.

Fisici della Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg in Baviera, Germania, hanno ora risolto questo problema e stabilito una serie di regole per antenne ottiche ottimizzate, che sono stati pubblicati in Lettere di revisione fisica .

Le nuove regole potrebbero tradursi in antenne per la luce che consentano un controllo preciso dell'emissione di fotoni e della successiva propagazione, almeno teoricamente, secondo Thorsten Feichtner, un ricercatore presso l'Istituto di Fisica della JMU nel team del professor Bert Hecht.

Il principio alla base delle nuove antenne

"L'idea alla base di questo si basa sul principio di somiglianza, " spiega il fisico di Würzburg. "La novità della nostra ricerca è che le correnti degli elettroni liberi nell'antenna devono soddisfare contemporaneamente due condizioni di somiglianza. in primo luogo, il modello di corrente nell'antenna deve essere simile alle linee di campo nelle immediate vicinanze di un atomo o di una molecola che emette luce. In secondo luogo, il modello di corrente deve anche corrispondere nel miglior modo possibile al campo elettrico omogeneo di un'onda piana in modo che ogni fotone possa raggiungere un ricevitore distante".

Le nuove antenne per la luce costruite con l'aiuto di queste nuove regole estraggono molti più fotoni da un emettitore rispetto ai precedenti tipi di antenne derivati ​​dalla tecnologia radio.