Unia finansuje badania nad anteną wychwytującą światło

Naukowcy, których prace są finansowane ze środków unijnych, opracowali antenę, która wychwytuje światło w takim sam sposób, jak urządzenie normalnie wychwytujące sygnały telewizyjne lub radiowe przesyłane drogą powietrzną. Są przekonani, że odkrycie umożliwi opracowanie narzędzi przydatnych w ochronie bezpieczeństwa przemysłowego i wewnętrznego oraz w obronności. Urządzenie, zaprezentowane w czasopiśmie Nature Nanotechnology, stanowi dorobek projektu BIMORE (Optoelektronika molekularna inspirowana biologią), który otrzymał niemal 3 mln EUR ze schematu mobilności sieci badawczo-szkoleniowej Marie Curie Szóstego Programu Ramowego (6PR). Naukowcy pracujący pod kierunkiem fizyka materii skondensowanej, Douga Natelsona, i absolwenta Dana Warda z Uniwersytetu Rice w USA opracowali antenę optyczną zbudowaną z dwóch złotych końcówek oddzielonych luką o nanoskalowych wymiarach - setnej tysięcznej grubości ludzkiego włosa - która wychwytuje światło lasera. Końcówki "chwytają światło i skupiają je w niewielkiej przestrzeni" - wyjaśnia profesor Natelson, co prowadzi do tysiąckrotnego wzrostu natężenia światła w luce. Naukowiec spodziewa się, że odkrycie będzie przydatne w opracowywaniu narzędzi w optyce oraz detekcji chemicznej i biologicznej, nawet w skali jednomolekułowej, co może mieć znaczenie dla bezpieczeństwa przemysłowego, obronności i bezpieczeństwa wewnętrznego. "Można nie zdawać sobie sprawy z faktu, że antena samochodowa jest zbudowana z atomów. Ona po prostu działa" - mówi profesor Natelson. "Ale kiedy malutkie, metalowe części znajdują się bardzo blisko siebie, to należy zadbać o każdy szczegół. Pola będą obszerne, sytuacja skomplikuje się, a ograniczenia są naprawdę spore." Podkreśla, że jego zespół odkrył, iż kluczowym w pomiarze wzmocnienia światła jest pomiar prądu elektrycznego przepływającego między złotymi końcówkami. "Umieszczenie nanokońcówek tak blisko siebie umożliwia ładunkowi przepływ przez tunel kwantowy, gdyż elektrony są przepychane z jednej strony na drugą" - jak informują naukowcy. Następnie zdołali wymusić ruch elektronów popychając je niskimi częstotliwościami za pomocą napięcia w ściśle kontrolowany i mierzony sposób, a następnie wywołać ich przepływ za pomocą światła laserowego, które popycha ładunek bardzo wysoką częstotliwością światła. "Możliwość porównania dwóch procesów wyznaczyło standard, na podstawie którego można było określić wzmocnienie światła" - mówi profesor Natelson. Zauważył, że wzmocnienie jest "efektem plazmonicznym" - plazmony, które można wzbudzać światłem, są oscylującymi elektronami w metalowych strukturach, zachowującymi się jak zmarszczki na tafli sadzawki. "Mamy metalową strukturę, kierujemy na nią światło, a ono powoduje chlupotanie elektronów w tej metalowej strukturze" - wyjaśnia. "Elektrony w metalu można postrzegać jak nieściśliwy płyn podobny do wody w wannie. A kiedy doprowadzimy je do chlupotania, tworzą się pola elektryczne." Profesor wyjaśnia, że "na powierzchni metalu pola te mogą stawać się bardzo duże - znacznie większe od tych powstających z pierwotnego promieniowania". Stwierdza jednak, że trudno było zmierzyć ich wielkość. "Nie wiedzieliśmy, jak bardzo dwie strony kołyszą się w górę i w dół - a to właśnie nas interesuje" - powiedział, dodając że dzięki równoległemu pomiarowi prądów o małej częstotliwości wywołanych elektrycznie oraz dużej częstotliwości wywoływanych optycznie pomiędzy końcówkami, "możemy wyobrazić sobie napięcie przemykające ze świstem tam i z powrotem przy naprawdę wielkich częstotliwościach charakterystycznych dla światła". Naukowiec zauważył, że zespół badał te wzmocnione pola, ponieważ wiele można zrobić za pomocą czujników i optyki bezwarstwowej. "Wszystko, co daje pojęcie o tym, co dzieje się w tych malutkich skalach jest bardzo użyteczne" - stwierdził. Swój wkład w badania wnieśli również naukowcy z Instytutu Technologii w Karlsruhe, Niemcy, i Autonomicznego Uniwersytetu w Madrycie, Hiszpania.