Investigadores del Instituto FOM AMOLF y Philips Research han diseñado y fabricado un nuevo tipo de antena a nanoescala. Las nuevas antenas parecen pirámides, en lugar de los pilares rectos más comúnmente utilizados. La forma piramidal mejora la interferencia entre los campos de luz magnéticos y eléctricos. Esto hace que la antena en forma de pirámide sea capaz de mejorar la emisión de luz y emitir diferentes colores de luz en direcciones opuestas. Este hallazgo podría conducir a dispositivos emisores de luz (LED) más eficientes. Los investigadores publicaron sus resultados en línea el 12 de diciembre de 2014 en Cartas de revisión física .

Antenas individuales

Una antena de nanoescala recta responderá principalmente al campo eléctrico de luz. Esto significa que los efectos del campo magnético de luz, que contiene la mitad de la energía de la luz, son ignorados. Durante mucho tiempo esto no se consideró como un problema que pudiera resolverse, porque la mayoría de los metales utilizados para fabricar antenas no responden al campo magnético de la luz de todos modos.

Esto cambió recientemente debido a los rápidos avances en la investigación de metamateriales. Lo que parecía imposible en el pasado, hacer antenas que respondan fuertemente al campo magnético de la luz, ahora se puede hacer estructurando metales en la nanoescala.

Con estas ideas en mente, los investigadores de AMOLF y Philips construyeron la antena en forma de pirámide. Diseñando cuidadosamente la altura y la inclinación de las paredes laterales de la antena, los investigadores encontraron que la respuesta al campo magnético de la luz es casi tan fuerte como la respuesta al campo eléctrico de la luz.

Antenas en una matriz

Después de presenciar los efectos descritos en antenas individuales a nanoescala, los investigadores dieron un paso más y colocaron múltiples antenas en forma de pirámide en una matriz. El efecto que tienen las antenas entre sí resulta bastante llamativo. En ciertas longitudes de onda (colores) de luz, las antenas se pueden acoplar entre sí a través de la luz que se dispersa en la superficie de la matriz. Esto hace que el grupo de antenas sea más eficaz para emitir luz que la suma de las antenas individuales. Además, el conjunto de antenas puede funcionar colectivamente en una longitud de onda, mientras que al mismo tiempo las antenas operan individualmente a una longitud de onda diferente. Por lo tanto, el mismo conjunto de antenas en forma de pirámide puede emitir luz de cierto color hacia arriba, y de diferente color hacia abajo.

Aplicaciones

El conjunto de antenas piramidales a nanoescala tiene un gran potencial para la mejora de los LED. En la actualidad, muchos LED están diseñados para emitir luz en una dirección, por ejemplo, sólo "hacia arriba". Dichos LED se utilizan, por ejemplo, en iluminación de automóviles o iluminación de focos. Desafortunadamente, el material emisor de luz dentro de un LED emite luz con intensidades iguales tanto hacia arriba como hacia abajo. Dado que solo la emisión 'ascendente' es útil, la luz que se mueve hacia abajo debe reciclarse agregando varios elementos ópticos, como espejos, al LED. Estos elementos hacen que el LED sea voluminoso y menos eficiente, ya que inevitablemente se pierde algo de luz durante el proceso de reciclaje.

La integración de las antenas en forma de pirámide en el LED tiene un gran potencial para superar estas desventajas. Las antenas en forma de pirámide pueden emitir selectivamente un color de luz hacia arriba. Si hay un color no deseado, esto se puede transmitir hacia abajo. Este desarrollo podría mejorar en gran medida la eficiencia de los LED individuales y mejorar la integración de los LED en sistemas de iluminación combinados.