Построены наноантенны для квантовых точек

Физики из Каталонского института передовых исследований (ICREA) и института фотоники (ICFO) ухитрились приладить к микроскопическим объектам, излучающим свет, столь же крошечные антенны, подобные тем, что работают в радиолокации и телевидении.

По принципу действия новинка похожа на направленные телеантенны (на снимке) метрового диапазона, с той разницей, что работает в микрометровой области спектра (фото Enoch Lau).

Наноразмерные кристаллы — квантовые точки — могут стать основой для чувствительных датчиков, реагирующих люминесценцией на крошечные концентрации того или иного вещества. Проблема в том, что такой свет трудно уловить, поскольку он слаб, а исходит во всех направлениях.

Испанские учёные нашли способ обойти проблему, построив нановерсию антенны типа "волновой канал", или антенны Яги (Yagi-Uda antenna). Такие нередко можно встретить на крышах домов. Но если в классических антеннах Яги роль ключевых элементов — вибраторов — исполняют макроскопические проводники размером порядка метра, то в системе испанцев — это золотые стержни нанометрового размера, лежащие на стеклянной подложке.

Их удалось получить при помощи фотолитографии. Длина одной такой антенны Яги составляет 830 нанометров. Отдельные вибраторы длиной 145 нм в ней отделены зазорами в 175 нм. Главное же новшество в том, что, применив фотолитографию второй раз, авторы устройства сумели добавить к таким антеннам излучающие наночастицы.

Благодаря своему положению квантовая точка (красный шарик) оказывается "сцепленной" с ближним полем наноантенны Яги (ряд жёлтых брусков). Возникает плазмонный резонанс (синхронные колебания электронов на поверхности золотых наночастиц), который повышает эффективность системы и превращает "ненаправленную" квантовую точку в узконаправленный эмиттер (иллюстрация ICFO).

Исследователи создали несколько наноантенн и показали, что, выбирая геометрические параметры, можно точно настраивать их на резонанс с излучением тех или иных квантовых точек, примерно так, как происходит настройка на телеканал. Кстати, как гласит пресс-релиз ICFO, команда испанских учёных предполагает, что их световые наноантенны будут так же хорошо работать и на приём.

Подробности опытов можно найти в статье в Science.