I ricercatori dell'Istituto FOM AMOLF e Philips Research hanno progettato e fabbricato un nuovo tipo di antenna su nanoscala. Le nuove antenne sembrano piramidi, piuttosto che i pilastri diritti più comunemente usati. La forma piramidale esalta l'interferenza tra i campi magnetici ed elettrici della luce. Questo rende l'antenna piramidale in grado di esaltare l'emissione luminosa e di irradiare diversi colori di luce verso direzioni opposte. Questa scoperta potrebbe portare a dispositivi a emissione di luce (LED) più efficienti. I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati online il 12 dicembre 2014 in Lettere di revisione fisica .

Antenne individuali

Un'antenna dritta su nanoscala risponderà principalmente al campo elettrico della luce. Ciò significa che gli effetti del campo magnetico della luce, che contiene metà dell'energia della luce, sono disattese. Per molto tempo questo non è stato considerato come un problema che potesse essere risolto, perché la maggior parte dei metalli utilizzati per fabbricare le antenne non rispondono comunque al campo magnetico della luce.

Questo è cambiato di recente, a causa dei rapidi sviluppi della ricerca sui metamateriali. Ciò che sembrava impossibile in passato, ovvero realizzare antenne che rispondano fortemente al campo magnetico della luce, ora può essere realizzato strutturando i metalli su scala nanometrica.

Con queste idee in mente, i ricercatori AMOLF e Philips hanno costruito l'antenna a forma di piramide. Progettando accuratamente l'altezza e l'inclinazione delle pareti laterali dell'antenna, i ricercatori hanno scoperto che la risposta al campo magnetico della luce è forte quasi quanto la risposta al campo elettrico della luce.

Antenne in un array

Dopo aver assistito agli effetti descritti nelle singole antenne su nanoscala, i ricercatori hanno fatto un ulteriore passo avanti e hanno posizionato più antenne a forma di piramide in un array. L'effetto che le antenne hanno l'una sull'altra risulta essere piuttosto sorprendente. A determinate lunghezze d'onda (colori) della luce, le antenne possono accoppiarsi tra loro tramite la luce che viene diffusa sulla superficie dell'array. Ciò rende il gruppo di antenne più efficace nel irradiare la luce rispetto alla somma delle singole antenne. Inoltre, l'array di antenne può funzionare collettivamente a una lunghezza d'onda, mentre allo stesso tempo le antenne operano individualmente ad una lunghezza d'onda diversa. Così, la stessa schiera di antenne piramidali può irradiare luce di un certo colore verso l'alto, e di colore diverso verso il basso.

Applicazioni

L'array di antenne a forma di piramide su nanoscala ha un grande potenziale per il miglioramento dei LED. Attualmente, molti LED sono progettati per emettere luce in una direzione, per esempio solo 'verso l'alto'. Tali LED sono utilizzati ad esempio nell'illuminazione automobilistica o nell'illuminazione dei faretti. Sfortunatamente, il materiale luminescente all'interno di un LED emette luce con intensità uguali sia verso l'alto che verso il basso. Poiché solo l'emissione "verso l'alto" è utile, la luce in movimento verso il basso deve essere riciclata aggiungendo diversi elementi ottici, come specchi, al LED. Questi elementi rendono il LED ingombrante e meno efficiente, poiché una parte della luce viene inevitabilmente persa durante il processo di riciclaggio.

L'integrazione delle antenne a forma di piramide nel LED ha un grande potenziale per superare questi svantaggi. Le antenne piramidali sono in grado di irradiare selettivamente un colore di luce verso l'alto. Se è presente un colore indesiderato, questo può essere irradiato verso il basso. Questo sviluppo potrebbe aumentare notevolmente l'efficienza dei singoli LED e migliorare l'integrazione dei LED nei sistemi di illuminazione combinati.