Yönlü antenler; elektrik sinyallerini radyo dalgalarına dönüştürür ve belirli bir yönde yayar, böylece daha yüksek performans ve daha az parazit sağlar. Radyo dalgası teknolojisinde yararlı olan bu ilke; minyatür ışık kaynakları için de ilginç olabilir. Sonuçta, neredeyse tüm internet tabanlı iletişim optik ışık iletişimini kullanır. Işık için yönlü antenler; çok az kayıpla ve ışık hızında farklı işlemci çekirdekleri arasında veri alışverişi için kullanılabilir. Antenlerin görünür ışığın çok kısa dalga boylarıyla çalışabilmesi için bu tür yönlü antenlerin nanometre ölçeğine küçültülmesi gerekir.
Würzburg fizikçileri; öncü bir yayında bu teknolojinin temelini attılar: “Nature Communications” dergisinde, ilk kez altından elektrikle çalışan Yagi-Uda Anteni kullanarak, kızılötesi ışığın nasıl üretileceğini anlatıyorlar. Anten, Würzburg Üniversitesi’nde Deneysel Fizik 5’in başkanlığını yürüten Profesör Bert Hecht’in nano-optik ekibi tarafından geliştirildi.
“Yagi-Uda” adı, 1920’lerde anteni icat eden iki Japon araştırmacı, Hidetsugu Yagi ve Shintaro Uda’dan geliyor.
Optik Anten Teknolojisi Yasalarını Uygulama
Işık için bir Yagi-Uda Anteni neye benziyor? Nano optik ekibinin bir üyesi Dr. René Kullock; temel olarak, radyo dalgaları için büyük kardeşleriyle aynı şekilde çalışıyor, diyor. Metaldeki elektronların titremesine ve antenlerin elektromanyetik dalgaları yaymasına neden olan bir AC voltajı uygulanıyor.
Dr. Kullock: “Ancak, bir Yagi-Uda anteni durumunda, bu her yönde eşit olarak değil; reflektörler ve direktörler olarak adlandırılan özel elemanlar kullanarak yayılan dalgaların seçici olarak üst üste binmesi yoluyla gerçekleşir. Bu, bir yönde yapıcı girişim ve diğer tüm yönlerde yıkıcı girişim ile sonuçlanır.”
Buna göre, böyle bir anten sadece bir alıcı olarak çalıştırıldığında aynı yönden gelen ışığı alabilir.
Anten teknolojisi yasalarını; ışığı yayan nanometre ölçekli antenlere uygulamak teknik açıdan zordur. Bir süre önce, Würzburg fizikçileri zaten elektrikle çalışan bir ışık anteni prensibinin işe yaradığını gösterebildiler. Ancak nispeten karmaşık bir Yagi-Uda Anteni yapmak için bazı yeni fikirler bulmaları gerekiyordu. Sonunda, sofistike bir üretim tekniği sayesinde başarılı oldular.
Araştırmacı Bert Hech: “Altını, tüm reflektörler ve direktörlerle anten şeklini ve yüksek saflıkta altın kristallerden gerekli bağlantı tellerini büyük bir hassasiyetle kesebilmemizi sağlayan galyum iyonları ile patlattık.”
Bir sonraki adımda, fizikçiler; aktif elemanın içine bir altın nano parçacığı yerleştirdiler. Böylece aktif elemanın bir teline dokunurken, sadece bir nanometrenin diğer tele mesafesini korudular.
Kullock: “Bu boşluk o kadar dar ki, kuantum tünelleme olarak bilinen bir işlem kullanılarak voltaj uygulandığında elektronlar onu geçebilir.”
Bu şarj hareketi; reflektörlerin ve direktörlerin özel düzenlenmesi sayesinde antende belirli bir yönde yayılan optik frekanslı titreşimler üretir.
Doğruluk; Direktör Sayısına Bağlıdır
Würzburg araştırmacıları, yeni antenlerinin çok küçük olmasına rağmen ışığı belirli bir yönde yayan alışılmadık özelliklerinden etkileniyorlar. “Daha büyük muadilleri” nde olduğu gibi, radyo dalgası antenleri; yeni optik antenin ışık emisyonunun yön doğruluğu anten elemanlarının sayısı ile belirlenir.
Hecht: “Bu, bugüne kadar belirli bir yönde ışık yayabilecek dünyanın en küçük elektrikle çalışan ışık kaynağını oluşturmamızı sağladı.”
Bununla birlikte, yeni buluş pratikte kullanılmaya hazır olmadan önce daha yapılması gereken çok iş vardır. Birincisi, fizikçiler ışık sinyalleri üzerinde çalışmak zorundalar. İkincisi, verimliliği ve istikrarı artırmak zorundadırlar.
