新研發光學天線號稱具備可將訊號放大數百萬倍

 

新研發光學天線號稱具備可將訊號放大數百萬倍

上網時間: 2010年09月24日

美國萊斯大學(Rice University)的研究人員透露,他們已精確地完成光學天線(optical antenna)的特徵化(characterized),可望藉此實現單分子感測器(single-molecule sensor)以及其他的先進非線性光學應用。所謂的光學天線是利用雷射在金屬電極之間的次奈米等級能隙(gap)誘導量子穿隧,號稱能將訊號放大上百萬倍。

「天線是一種能與輻射互動的金屬結構,並會因此產生振盪電壓(oscillating voltage);」萊斯大學教授Doug Natelson表示:「而在我們的案例中,電磁波就是光線(特別是實驗所使用的785奈米波長),而且這些光波會讓小型金屬電極內的電子大量出現,在奈米能隙產生改變電壓。在這個意義上,它實際上就是一種天線,但是針對光而非無線電波的天線。」

利用以上效應所製作的感測器,能透過控制電極間次奈米等級能隙的輻射強度來感應到單分子;根據萊斯大學研究人員的量測,這種精確度程度是比採用入射雷射(incident laser)高出數十萬甚至數百萬倍。Natelson表示:「舉例來說,緊密排列的奈米粒子已被用來充分強化粒子間能隙的電場,並實現單分子拉曼光譜儀(Raman spectroscopy)。」

緊密排列的金屬電極可扮演光學天線的角色,是因為它們的電子能用雷射來激發,誘導出電漿子(plasmon)──也就是自由電子集體震盪──其短暫的電磁場是入射雷射的數千倍,但遺憾的是,這些電廠很難量測與特徵化。而現在Natelson與博士候選人Dan Ward發現了一種相對較簡單的方法,可量測光學天線的次奈米電極間的電場。


這是以掃描電子顯微鏡所看到的奈米能隙元件黃金電極影像,該元件在實驗中用以捕捉並放大光線(圖片來源:萊斯大學教授Natelson實驗室)

研究人員是將電極冷卻到80開氏度(Kelvin,約-315華氏度),同時量測較低頻率的電驅動電流,以及較高頻率的光學驅動電流,推斷出電壓放大的倍數。


此圖片描繪一對次奈米等級黃金電極內的電漿子,如何收集雷射光線 (圖片來源:萊斯大學教授Natelson實驗室)

(參考原文: Optical antenna said to boost signals,by R. Colin Johnson)

 

http://www.eettaiwan.com/ART_8800621374_617723_NT_d2a807b2.HTM?8800060710&8800621374&click_from=8800060710,8723946550,2010-09-24,EETOL,ARTICLE_ALERT

———————————————————————————————————–

發佈留言

發佈留言必須填寫的電子郵件地址不會公開。