Anten nano quang học mở ra cuộc cách mạng trong hệ thống cơ điện tử nano

Đây là một biểu đồ nanoanten khối đơn hướng tạo ra tính định hướng cho các máy phát nano nhiều chiều. Ảnh D. Sikdar và M. Premaratne/Monash University

Các loại anten nhỏ xíu mới được phát triển, ví như đèn chiếu ở cấp độ nano, cung cấp khả năng kiểm tra an toàn thực phẩm, xác định các chất ô nhiễm trong không khí và thậm chí nhanh chóng chẩn đoán và điều trị ung thư, các nhà khoa học Ôxtrâylia cho biết. Các anten mới có hình khối. Chúng thực hiện chức năng tốt hơn so với những loại hướng một chùm tia ánh sáng siêu hẹp vào nơi cần thiết, mà không bị, hoặc rất ít, tổn thất do nhiệt và tán xạ, họ nói.

Trong một bài báo đăng trên Tạp chí Vật lý ứng dụng, Debabrata Sikdar của Đại học Monash ở Victoria, Ôxtrâylia, và các đồng nghiệp mô tả các ứng dụng này cho các khối nano của họ trong "phòng thí nghiệm trong con chip". Ông nói rằng các khối này, gồm các vật liệu cách điện, chứ không phải dẫn điện hoặc bán dẫn như những phiên bản hình cầu, dễ chế tạo cũng như hiệu quả hơn.

Bài báo của Sikdar trình bày phân tích và mô phỏng của các khối nano điện môi (không dẫn điện) 200 nanomet đặt trên đường dẫn của các nguồn ánh sáng khả kiến và cận hồng ngoại. Các khối nano được xếp thành chuỗi, và khoảng cách giữa chúng có thể thay đổi để điều chỉnh chùm ánh sáng khi cần thiết cho các ứng dụng khác nhau. Khi khoảng cách giữa các khối tăng lên, độ rộng góc của chùm tia hẹp đi và tính định hướng tăng lên, các nhà nghiên cứu nói.

"Nano antenn đơn hướng tạo ra tính định hướng cho mọi nguồn phát ánh sáng theo mọi hướng như microlaser, nanolaser hoặc spaser, và thậm chí cả các chấm lượng tử", Sikdar cho biết. Spasers cũng giống như laser, nhưng sử dụng các dao động rất nhỏ của các electron thay vì ánh sáng. Các chấm lượng tử là những tinh thể nhỏ xíu tạo ra các màu cụ thể, dựa trên kích thước của chúng, và được sử dụng rộng rãi trong TV màu. "Tương tự như đèn chiếu cấp nano, các anten khối tập trung ánh sáng với sự kiểm soát chính xác hướng và chiều rộng chùm", ông nói.

Các nano anten khối mới có tiềm năng cách mạng hóa lĩnh vực hệ thống nano cơ điện tử (NEMS) non trẻ. "Những nano anten một chiều là thích hợp nhất cho các cảm biến sinh học dựa trên quang học tích hợp để phát hiện các protein, ADN, kháng thể, các enzym,… trong các nền tảng phòng thí nghiệm trong con chip di động thực sự của tương lai", Sikdar nói.