(PhysOrg.com) - Todos los que alguna vez usaron un televisor, la radio o el teléfono celular saben lo que hace una antena:captura las señales aéreas que hacen que esos dispositivos sean prácticos. Un laboratorio de la Universidad de Rice ha construido una antena que captura la luz de la misma manera, a pequeña escala que tiene un gran potencial.

El físico de materia condensada Doug Natelson y el estudiante de posgrado Dan Ward han encontrado una manera de hacer una antena óptica a partir de dos puntas de oro separadas por un espacio a nanoescala que recoge la luz de un láser. Los consejos "agarran la luz y la concentran en un espacio diminuto, "Natelson dijo, lo que lleva a un aumento de mil veces en la intensidad de la luz en el espacio.

Obtener una medición precisa del efecto es lo primero, dijo Natelson, quien informó los resultados en la edición en línea de hoy de la revista Nanotecnología de la naturaleza . Él espera que el descubrimiento sea útil en el desarrollo de herramientas para la óptica y para la detección química y biológica. incluso a escala de una sola molécula, con implicaciones para la seguridad industrial, defensa y seguridad nacional.

El artículo de Natelson, Ward y sus compañeros de Alemania y España detallan la técnica del equipo, que implica hacer brillar una luz láser en el espacio entre un par de puntas de oro separadas por menos de un nanómetro, aproximadamente una cienmilésima parte del ancho de un cabello humano.

"Puede ignorar el hecho de que la antena de su automóvil está construida con átomos; simplemente funciona, "dijo Natelson, un profesor Rice de física y astronomía, y también ingeniería eléctrica e informática. "Pero cuando tienes pequeñas piezas de metal muy cerca una de la otra, tienes que preocuparte por todos los detalles. Los campos van a ser grandes la situación va a ser complicada y estás muy limitado. Hemos podido usar algunas físicas que solo entran en juego cuando las cosas están muy juntas para ayudar a descubrir qué está pasando ".

La clave para medir la amplificación de la luz resultó ser medir algo más, específicamente la corriente eléctrica que fluye entre las puntas doradas.

Poner los nanotips tan juntos permite que la carga fluya a través de un túnel cuántico a medida que los electrones son empujados de un lado a otro. Los investigadores pudieron hacer que los electrones se movieran empujándolos a bajas frecuencias con un voltaje, de forma altamente controlable, forma mensurable. También podrían hacerlos fluir al hacer brillar el láser, que empuja la carga a la frecuencia muy alta de la luz. Poder comparar los dos procesos estableció un estándar por el cual se podría determinar la amplificación de la luz, Dijo Natelson. Sus coautores alemanes y españoles ayudaron a proporcionar la justificación teórica necesaria para el análisis.

La amplificación es un efecto plasmónico, Dijo Natelson. Plasmones, que puede ser excitado por la luz, son electrones oscilantes en estructuras metálicas que actúan como ondas en una piscina. "Tienes una estructura de metal, lo iluminas, la luz hace que los electrones de esta estructura metálica se agiten, ", dijo." Puedes pensar en los electrones del metal como un fluido incompresible, como agua en una bañera. Y cuando los haces chapotear de un lado a otro, obtienes campos eléctricos.

"En las superficies del metal, estos campos pueden ser muy grandes, mucho más grandes que los de la radiación original, ", dijo." Lo que era difícil de medir era qué tan grande. No sabíamos cuánto se movían los dos lados hacia arriba y hacia abajo, y eso es exactamente lo que nos importa ".

Al medir simultáneamente las corrientes de baja frecuencia impulsadas eléctricamente y de alta frecuencia impulsadas ópticamente entre las puntas, "podemos calcular el voltaje que oscila de un lado a otro en las frecuencias realmente altas que son características de la luz, " él dijo.

Natelson dijo que el aparato casero de su laboratorio, que combina electrónica y óptica a nanoescala, es bastante inusual. "Hay muchas personas que hacen óptica. Hay muchas que hacen mediciones eléctricas a nanoescala, ", dijo." Todavía no hay mucha gente que combine los dos ".

La plataforma personalizada les dio a los investigadores de Rice una medida de control sobre las propiedades térmicas y eléctricas que han obstaculizado a otros investigadores. Las puntas se enfrían a 80 Kelvin, alrededor de -315 grados Fahrenheit, y están eléctricamente aislados de sus bases de silicio, manteniendo a raya los voltajes parásitos que podrían sesgar los resultados.

"La razón por la que estamos estudiando estos campos mejorados no es solo porque están allí, ", Dijo Natelson." Si puede mejorar el campo local en un factor de 1, 000, Hay muchas cosas que puede hacer en términos de sensores y óptica no lineal. Cualquier cosa que le dé una idea de lo que está sucediendo en estas pequeñas escalas es muy útil.

"Este es uno de esos raros, casos felices en los que realmente puede obtener información, información muy local, sobre exactamente algo que le importa ".