Une antenne optique nanométrique développée par des chercheurs d'A*STAR permet la manipulation d'ondes lumineuses visibles à l'échelle de micropuces. De telles nanoantennes peuvent permettre le développement de systèmes d'imagerie à haute résolution dans de petits appareils mobiles.

Les photons dans les faisceaux lumineux peuvent transporter plus d'informations que les électrons voyageant à travers le câblage électrique. Si la lumière pouvait être dirigée dans des puces nanométriques comme moyen de transfert de données sans fil, il pourrait ouvrir la voie à des technologies telles que l'imagerie à haut débit à usage médical, et des écrans de téléphone dotés d'une haute résolution, affichages en trois dimensions.

Maintenant, Jinfa Ho, Joël Yang, et Arseniy Kuznetsov et leur équipe de l'Institut de recherche et d'ingénierie des matériaux d'A*STAR ont développé une antenne nanométrique capable de transmettre des ondes lumineuses à l'échelle de la puce. Surtout, leur conception est la première à permettre un contrôle précis de la direction dans laquelle se déplacent les ondes lumineuses, tout en limitant les fuites de rayonnement qui pourraient créer des interférences parasites entre les composants.

La plupart des gens reconnaîtraient les antennes radio à broches des toits des bâtiments, comprenant un élément d'alimentation actif et une série de tiges métalliques parallèles, ou "directeurs dipolaires". Cette conception, appelée antenne Yagi-Uda, est une méthode très efficace de transmission des ondes radio; la taille de chaque dipôle est conçue pour répondre aux ondes radio de longueurs d'onde spécifiques et les diriger selon les besoins.

"Pour que les antennes Yagi-Uda fonctionnent dans le régime de longueur d'onde optique, ils doivent être réduits à des tailles nanométriques, " dit Ho. " La plupart des tentatives précédentes ont retenu l'utilisation de métaux, qui ont des pertes importantes aux fréquences optiques en raison de l'absorption dans le métal. Au lieu de cela, nous avons utilisé un dipôle source d'or configuré en forme de nœud papillon, couplé à des directeurs de silicium (voir l'image ci-dessus). » C'est l'utilisation de structures à la fois plasmoniques (nœud papillon en or) et diélectriques (directeur de silicium) qui conduit à la nature hybride de la nanoantenne.

Le point chaud du champ électrique créé au milieu du nœud papillon lorsque l'antenne était utilisée a considérablement amélioré les propriétés photoluminescentes de l'or. Cela a permis aux chercheurs d'imager la minuscule antenne et de manipuler la direction du signal lumineux. L'utilisation de directeurs en silicium signifiait que des intensités dipolaires élevées étaient maintenues dans toute l'antenne, avec de faibles pertes de dissipation.

"En excitant plusieurs dipôles à proximité les uns des autres avec la différence de phase correcte, nous avons amélioré le rayonnement dans la direction souhaitée grâce à des interférences destructives et constructives, " explique Ho. " Cette directivité améliorée par rapport aux conceptions précédentes. "

La prochaine étape de l'équipe consiste à créer une nanoantenne qui changera la direction d'émission sous différents signaux électriques. "Imaginez des réseaux de nanoantennes émettant de la lumière dans différentes directions, créer des images haute résolution visibles de plusieurs points de vue, " ajoute Yang.