9 feb. 2014
2 minuten
Onderzoekers van FOM-instituut Amolf hebben een nieuwe methode ontdekt om gerichte bundels van licht te creëren met behulp van een eenvoudige nanoantenne van één enkel element. In de toekomst kan deze methode worden gebruikt om hele kleine lichtsturende elementen te maken voor sensoren die worden gebruikt in de biologie en fotonica.
Het sturen van licht met nano-antennes is lastig vanwege de kleine lengteschaal waarop het plaatsvindt. De meeste antennes bestaan uit metalen nanodeeltjes die heel sterk licht kunnen verstrooien en opsluiten. Om een sterke sturing van het licht te krijgen, worden complexe antennes gebruikt die uit meerdere elementen bestaan, zoals radiogolfantennes, maar dan een miljoen keer kleiner. Dit soort structuren is echter lastig te fabriceren en zijn erg gevoelig voor kleine imperfecties in de grootte en de afstand tussen de elementen.
Sterke lichtsturing
In plaats van een ingewikkelde samengestelde antenne te maken, keken de onderzoekers met een kathodeluminescentie-microscoop naar de lichtbundel uitgezonden door gouden nanodeeltjes met diameters tussen 50 en 180 nanometer. Deze speciale microscoop, die is ontwikkeld op AMOLF, is nodig om de optische eigenschappen van deze hele kleine nanodeeltjes te kunnen bestuderen. De onderzoekers sloegen de nanodeeltjes aan met een elektronenbundel, en ontdekten dat als ze de elektronenbundel precies op de rand van het deeltje plaatsten er een sterke gerichte rode bundel werd gemaakt. Deze bundel was het sterkst voor de grootste deeltjes.
Het vuurtoreneffect
Vervolgens zagen de onderzoekers dat de richting waarin het licht wordt uitgezonden, kan worden gecontroleerd door de elektronenbundel langs de rand van het nanodeeltje te bewegen. De lichtbundel wordt altijd in de tegenovergestelde richting van de excitatiepositie gestuurd en draait mee als de elektronenbundel langs de rand van het deeltje beweegt, waardoor het deeltje werkt als een vuurtoren op de nanoschaal.
Het sturen van licht met een enkel deeltje zou in de toekomst gebruikt kunnen worden voor het ontwerpen van nieuwe biosensoren, voor het sturen van licht in led’s en lasers, en om de efficiëntie van zonnecellen te verbeteren.
Het onderzoek werd financieel ondersteund door FOM, ERC en NanoNextNL
Directional Emission from a Single Plasmonic Scatterer, T. Coenen, F. Bernal Arango, A.F. Koenderink, en A. Polman, Nature Communications DOI 10.1038/ncomms4250
Anderen lazen ook
