光学纳米天线开启纳机电系统芯片实验室革命

光学纳米天线开启纳机电系统芯片实验室革命（图）
2015-03-04
[据澳大利亚spacedaily网站2015年2月25日报道]澳大利亚科学家发明了一种新型微小天线。这种立方体形状的微型天线好比纳米尺度的聚光灯，可能应用于食品安全评估、大气污染物鉴定、癌症的快速诊断和治疗。在需要超窄光束传导的地方，立方体微型天线几乎没有因发热及散射而导致的损耗，其性能优于先前的球形天线。
在一篇发表于《应用物理学杂志》的论文中，澳大利亚莫纳什大学的西克达（Debabrata· Sikdar）及其同事们描述了“芯片实验室”（laboratories-on-a-chip）中的立方形天线的上述应用场合以及其他设想的应用场合。
西克达称，与“由导体和半导体材料组成的球形天线”相比，由绝缘体材料组成的立方体天线，加工更容易，工作更高效。
西克达对可见光和近红外光源光路中的200纳米绝缘纳米立方体进行了分析和仿真。这些纳米立方体呈链形排列。根据不同应用需求，立方体间距可以调节，从而实现对光束的微调。随着立方体间距增加，光束发散角减小，方向性增强。
西克达在一次采访中称，“单向纳米天线可以为任何无定向的光发射器（如微激光器、纳激光器或等离激子激光器（Spasers），甚至量子点）引入方向性”。等离激子激光器与激光器类似，不同之处在于：等离激子激光器采用电子振荡，而激光器采用光振荡。
量子点是基于自身大小产生特定颜色的微小晶体，广泛用于彩色电视机。西克达说，“与纳米聚光灯类似，立方体天线通过精确控制光束宽度与方向，实现光会聚”。
这种新型立方体纳米天线，有可能引起纳米机电系统（NEMS）的一场革命。西克达说：“将来这些单向纳米天线，最适合于集成的光学生物传感器，对未来真正便携的芯片实验室（lab-on-a-chip）中的蛋白质、DNA、抗体和酶等进行检测。”
西克达补充道，“这种立方体纳米天线还有可能通过在集成电路芯片内和集成电路芯片间传输光信号，替代损耗较大的集成电路芯片互联方式，确保数据超快速处理，同时使器件发热尽可能降低”。
西克达和他的同事们打算于不久的将来，在墨尔本纳米加工中心，开始建造单向立方体NEMS天线。西克达说：“我们喜欢与世界范围内其他研究小组协同工作，使所有这些奇迹变为可能。”（中国航天系统科学与工程研究院 姚保寅 叶志韬）