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Veröffentlichung in Nature Communications

Antennenprinzip beflügelt Datenübertragung

Physikern am 4. Physikalischen Institut der Universität Stuttgart unter der Leitung von Prof. Harald Giessen ist es gemeinsam mit Kollegen am Max Planck Institut für Festkörperforschung gelungen, ein Konzept aus der Antennentheorie auf das Gebiet der Nano-Optik zu übertragen. Sie realisierten etwa 100 Nanometer große metallische Strukturen, die effizient optische Frequenzen im Bereich von mehreren hundert Terahertz empfangen, und eröffnen damit neue Möglichkeiten für die schnelle Datenübertragung.*)

Die Wissenschaftler, die zusammen im Forschungszentrum SCoPE (Stuttgart Center of Photonics Engineering) arbeiten und auch eine gemeinsame Graduiertenschule im Rahmen der Exzellenzinitiative beantragen wollen, ließen sich von der hoch effizienten Signalübertragung traditioneller Yagi-Uda-Fernsehantennen inspirieren. Eine solche Standard-TV-Antenne empfängt Signale, die mit elektromagnetischen Frequenzen im Megahertz-Bereich übertragen werden und konvertiert sie zu elektrischen Pulsen im Stromkabel. Hierbei werden durch die Antenne verschiedene Größenskalen miteinander verknüpft. Das Konzept der Yagi-Uda-Antennenfelder skalierten die Wissenschaftler zu optischen Wellenlängen. Hierzu stellte Doktorand Daniel Dregely winzige, nur etwa 100 Nanometer große Golddrähte unterschiedlicher Länge her, die er nanometergenau übereinander anordnete. Dazwischen brachte er Abstandsschichten mit glasähnlichen Eigenschaften ein. Diese dreidimensionalen einzelnen Nano-Yagi-Uda-Antennen ordnete er periodisch in Antennenfeldern an.


Optische Version eines phasengesteuerten Antennenfeldes.                           (Foto: Institut)
Optische Version eines phasengesteuerten Antennenfeldes. (Foto: Institut)


Wie sich herausstellte, hängt die vom Antennenfeld absorbierte Energie stark vom Einfallswinkel und von der Frequenz der eingestrahlten elektromagnetischen Welle ab. Die Forscher zeigten, dass eine einfallende Welle mit Schwingungsfrequenz um 200 THz maximal absorbiert wird, wenn ihre Einfallsrichtung mit der ausgewiesenen Antennenachse der einzelnen Yagi-Uda-Antennen übereinstimmt. Bei dieser Frequenz und Einfallsrichtung wird die 1.500 Nanometer lange Welle auf einen Bereich gebündelt, der nur etwa 100 nm groß ist. Dies kann in Zukunft für die Realisierung von hochempfindlichen Detektoren im Nahinfrarotbereich genutzt werden.      uk

 

 

*) Daniel Dregely, Richard Taubert, Jens Dorfmüller, Ralf Vogelgesang, Klaus Kern, and Harald Giessen: „3D optical Yagi-Uda nanoantenna array“, Nature Communications 2 vom 5.4.2011,

http://www.nature.com/ncomms/journal/v2/n4/full/comms1268.html
 



Kontakt

Prof. Harald Giessen
4. Physikalisches Institut
Tel. 0711/685-65111
e-mail: giessen@physik.uni-stuttgart.de
 


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