Des physiciens de l'Université de Würzburg ont converti des signaux électriques en photons et les ont rayonnés dans des directions spécifiques à l'aide d'une antenne optique à faible encombrement de seulement 800 nanomètres.

Les antennes directionnelles convertissent les signaux électriques en ondes radio et les émettent dans une direction particulière, permettant des performances accrues et une réduction des interférences. Ce principe, ce qui est utile dans la technologie des ondes radio, pourrait également être intéressant pour des sources lumineuses miniaturisées. Après tout, presque toutes les communications basées sur Internet utilisent la communication par lumière optique. Des antennes directionnelles pour la lumière pourraient être utilisées pour échanger des données entre différents cœurs de processeur avec peu de pertes et à la vitesse de la lumière. Pour permettre aux antennes de fonctionner avec les très courtes longueurs d'onde de la lumière visible, ces antennes directionnelles doivent être réduites à l'échelle nanométrique.

Les physiciens de Würzburg ont jeté les bases de cette technologie dans une publication pionnière :Dans le magazine " Communication Nature ", ils décrivent pour la première fois comment générer une lumière infrarouge dirigée à l'aide d'une antenne Yagi-Uda à commande électrique en or. L'antenne a été développée par le groupe de travail nano-optique du professeur Bert Hecht, qui détient la chaire de physique expérimentale 5 à l'Université de Würzburg. Le nom "Yagi-Uda" est dérivé des deux chercheurs japonais, Hidetsugu Yagi et Shintaro Uda, qui a inventé l'antenne dans les années 1920.

Appliquer les lois de la technologie des antennes optiques

A quoi ressemble une antenne Yagi-Uda pour la lumière ? "Essentiellement, il fonctionne de la même manière que ses grands frères pour les ondes radio, " explique le Dr René Kullock, membre de l'équipe de nano-optique. Une tension alternative est appliquée qui fait vibrer les électrons dans le métal et les antennes émettent des ondes électromagnétiques en conséquence. "Dans le cas d'une antenne Yagi-Uda, cependant, cela ne se produit pas uniformément dans toutes les directions mais par la superposition sélective des ondes rayonnées à l'aide d'éléments spéciaux, les soi-disant réflecteurs et directeurs, " dit Kullock. " Cela se traduit par des interférences constructives dans une direction et des interférences destructives dans toutes les autres directions. " En conséquence, une telle antenne ne pourrait recevoir de la lumière provenant de la même direction que lorsqu'elle est utilisée comme récepteur.

L'application des lois de la technologie des antennes à des antennes à l'échelle nanométrique qui émettent de la lumière est techniquement difficile. Il y a quelque temps, les physiciens de Würzburg ont déjà pu démontrer que le principe d'une antenne lumineuse à commande électrique fonctionne. Mais pour faire une antenne Yagi-Uda relativement complexe, ils devaient trouver de nouvelles idées. À la fin, ils ont réussi grâce à une technique de production sophistiquée :« Nous avons bombardé l'or avec des ions gallium qui nous ont permis de découper la forme de l'antenne avec tous les réflecteurs et directeurs ainsi que les fils de connexion nécessaires à partir de cristaux d'or de haute pureté avec une grande précision, " explique Bert Hecht.

Dans une prochaine étape, les physiciens ont positionné une nanoparticule d'or dans l'élément actif de manière à ce qu'elle touche un fil de l'élément actif tout en gardant une distance de seulement un nanomètre par rapport à l'autre fil. "Cet écart est si étroit que les électrons peuvent le traverser lorsqu'une tension est appliquée à l'aide d'un processus connu sous le nom d'effet tunnel quantique, " explique Kullock. Ce mouvement de charge génère des vibrations avec des fréquences optiques dans l'antenne qui sont émises dans une direction spécifique grâce à la disposition spéciale des réflecteurs et des directeurs.

Précision en fonction du nombre d'administrateurs

Les chercheurs de Würzburg sont fascinés par la propriété inhabituelle de leur nouvelle antenne qui émet de la lumière dans une direction particulière bien qu'elle soit très petite. Comme dans leurs "grands homologues, " les antennes à ondes radio, la précision directionnelle de l'émission lumineuse de la nouvelle antenne optique est déterminée par le nombre d'éléments d'antenne. "Cela nous a permis de construire la plus petite source de lumière électrique au monde à ce jour, capable d'émettre de la lumière dans une direction spécifique, " Hecht détaille.

Cependant, il reste encore beaucoup de travail à faire avant que la nouvelle invention ne soit prête à être utilisée dans la pratique. Premièrement, les physiciens doivent travailler sur la contrepartie qui reçoit les signaux lumineux. Deuxièmement, ils doivent augmenter l'efficacité et la stabilité.