Las antenas direccionales convierten las señales eléctricas en ondas de radio y las emiten en una dirección particular, lo que permite un mayor rendimiento y una menor interferencia.
Este principio, que es útil en la tecnología de ondas de radio, también podría ser interesante para las fuentes de luz miniaturizadas.
Después de todo, casi todas las comunicaciones basadas en Internet utilizan comunicación de luz óptica.
Las antenas direccionales para luz podrían usarse para intercambiar datos entre diferentes núcleos de procesador con poca pérdida y a la velocidad de la luz.
Para permitir que las antenas funcionen con longitudes de onda muy cortas de luz visible, dichas antenas direccionales deben reducirse a escala nanométrica.
Los físicos de Würzburg han sentado las bases de esta tecnología en una publicación pionera: en la revista “Nature Communications”, describen por primera vez cómo generar luz infrarroja dirigida utilizando una antena Yagi-Uda de accionamiento eléctrico hecha de oro.
La antena fue desarrollada por el grupo de trabajo de nano-óptica del profesor Bert Hecht, quien ocupa la Cátedra de Física Experimental 5 en la Universidad de Würzburg.
El nombre “Yagi-Uda” se deriva de los dos investigadores japoneses, Hidetsugu Yagi y Shintaro Uda, quienes inventaron la antena en la década de 1920.
¿Cómo se ve una antena Yagi-Uda para luz?
“Básicamente, funciona de la misma manera que sus hermanos mayores para las ondas de radio“, explica el Dr. René Kullock, miembro del equipo de nano-óptica.
Se aplica un voltaje de CA que hace que los electrones en el metal vibren y, como resultado, las antenas irradian ondas electromagnéticas.
“Sin embargo, en el caso de una antena Yagi-Uda, esto no ocurre de manera uniforme en todas las direcciones sino a través de la superposición selectiva de las ondas radiadas usando elementos especiales, los llamados reflectores y directores“, dice Kullock.
“Esto da como resultado una interferencia constructiva en una dirección y una interferencia destructiva en todas las demás direcciones“.
En consecuencia, una antena de este tipo solo podría recibir luz proveniente de la misma dirección cuando funciona como receptor.
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Hace algún tiempo, los físicos de Würzburg ya pudieron demostrar que el principio de una antena de luz accionada eléctricamente funciona.
Pero para hacer una antena Yagi-Uda relativamente compleja, tuvieron que proponer algunas ideas nuevas.
Al final, tuvieron éxito gracias a una técnica de producción sofisticada:
“Bombardeamos oro con iones de galio que nos permitió cortar la forma de la antena con todos los reflectores y directores, así como los cables de conexión necesarios de los cristales de oro de alta pureza con gran precisión.”, explica Bert Hecht.
En el siguiente paso, los físicos colocaron una nanopartícula de oro en el elemento activo para que toque un cable del elemento activo mientras se mantiene una distancia de solo un nanómetro al otro cable.
“Esta brecha es tan estrecha que los electrones pueden cruzarla cuando se aplica voltaje usando un proceso conocido como túnel cuántico“, explica Kullock.
Este movimiento de carga genera vibraciones con frecuencias ópticas en la antena que se emiten en una dirección específica gracias a la disposición especial de los reflectores y directores.
Los investigadores de Würzburg están fascinados por la propiedad inusual de su nueva antena que irradia luz en una dirección particular, aunque es muy pequeña.
Como en sus “contrapartes más grandes”, las antenas de ondas de radio, la precisión direccional de la emisión de luz de la nueva antena óptica está determinada por el número de elementos de antena.
“Esto nos ha permitido construir la fuente de luz eléctrica más pequeña del mundo hasta la fecha que es capaz de emitir luz en una dirección específica“, detalla Hecht.
Sin embargo, aún queda mucho trabajo por hacer antes de que la nueva invención esté lista para ser utilizada en la práctica.
En primer lugar, los físicos tienen que trabajar en la contraparte que recibe las señales de luz.
En segundo lugar, tienen que aumentar la eficiencia y la estabilidad.
Fuente: Noticias de la Ciencia
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