Ученые придумали, как адаптировать оптическую антенну для широкого диапазона длин волн
 Схематическое изображение принципа работы настраиваемой оптической антенны. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Для передачи радио- и телевизионных сигналов используются обычные антенны, принцип действия которых основан на резонансе электромагнитных колебаний в радиодиапазоне. Если размеры антенны сократить до наноуровня, сходный принцип можно использовать и для работы с оптическими волнами, что не раз уже было доказано на практике.
Наноантенны обладают так называемыми «плазмонными модами», которые могут быть настроены в резонансе с оптическими переходами молекул, расположенных в непосредственной близости от антенны. Эти режимы существенно увеличивают взаимодействие между светом и веществом на субволновых масштабах (поблизости от антенны). Теоретически, как и макро-антенны, оптические наноантенны можно настраивать, в соответствии с текущими задачами, однако этот процесс затруднен из-за их малого размера.
Графен представляет собой монослой атомов углерода, образующих гексагональную кристаллическую решетку. Этот материал обладает целым набором удивительных свойств, к примеру, отличается высокой механической прочностью и проводимостью. С точки зрения построения наноантенн главным оказался тот факт, что проводимость и оптические характеристики могут быть настроены с помощью внешнего напряжения, меняющего концентрацию свободных носителей заряда в материале (электронов и дырок проводимости). Об этой особенности было известно давно, но в этом году группа ученых из Harvard University (США) впервые предложила использовать это свойство для управления характеристиками наноантенн. Ученые обнаружили, что графен, помещенный в нанометровый зазор из дипольных антенн, действует как электрически-настраиваемый элемент цепи, следовательно, он поможет управлять параметрами всей структуры.
Созданное таким образом гибридное плазмонное устройство, как сообщают ученые, работает в широком диапазоне длин волн, вплоть до 1100 нм (что относится к средней инфракрасной области). Более того, настройка устройства осуществляется за несколько наносекунд.
Сама предложенная конструкция представляет собой структуру на кремниевой подложке, покрытой тонким слоем оксида кремния (в качестве изолирующего слоя). На эту подложку перенесен лист графена большой площади, выращенный методом химического осаждения из парообразной фазы. При этом наноантенны были сформированы прямо на поверхности графена (с помощью удаления отдельных фрагментов углеродного материала).
В настоящее время научная группа занимается адаптацией своей идеи перестраиваемых оптических антенн к различным устройствам, к примеру, высокоскоростным перенастраиваемым оптическим линзам, наноразмерным передатчикам и модуляторам. Кроме того, как считают сами исследователи, подобные устройства могут найти применение в дисплеях нового поколения.
Подробные результаты работы опубликованы в журнале Nano Letters.
Также по теме:
- Предложен способ «плотной упаковки» листов графена
- Графеновая пленка может служить основой для диэлектрической прослойки
- FM-радиопередатчик может быть еще меньше
- Ученые получили новые свойства графена, благодаря его объединению с нитридом бора
- Неспаренный спин придает графену магнитные свойства
Источники: