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)
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