NWO-I

NWO - Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek - print-logo

URL voor deze pagina :
https://www.nwo-i.nl/fom-historie/jaarverslagen/hoogtepunten/hoogtepunten2013/schakelingen-voor-de-beste-quantum-lichtbronnen-nr-105/

Geprint op :
17 december 2018
20:17:58

Wereldwijd werken wetenschappers aan lichtbronnen die op nanoschaal zijn gemaakt. Dergelijke lichtbronnen zijn bruikbaar in leds, lasers en optische informatietechnologie.  De onderzoekers van dit programma plaatsen nanofotonische structuren om lichtgevende moleculen heen om te beïnvloeden hoe snel, waarheen, hoe helder en met welke polarisatie hun licht schijnt. Een voorbeeld van een nanofotonische structuur is een plasmonische nano-antenne.

Bouwpakket
Een metalen nanodeeltje dat direct naast een quantum-lichtbron staat, zal als zo'n antenne fungeren. Zoals een radioantenne het uitzenden van radiogolven verbetert, maakt deze lichtantenne het uitzenden van fotonen efficiënter. Het idee van de nano-antenne is dat het lichtgevend molecuul een collectieve beweging van elektronen in het metaal aanslaat. Dit 'plasmon' zendt vervolgens gemakkelijk fotonen uit, waardoor de antenne efficiënt licht uitstraalt. 

Naast antennes zijn er nog vele andere structuren die licht beïnvloeden. Er zijn bijvoorbeeld structuren die licht geleiden of eindeloos opsluiten. Al deze onderdelen vormen samen een uitgebreide set bouwblokken. De onderzoekers van dit programma willen weten hoe men deze bouwblokken het beste combineert om nuttige systemen te maken. Het 'bouwen' van een lichtsysteem is wat dat betreft te vergelijken met elektronica, waarbij twee eenvoudige optelregels bepalen hoe weerstanden, condensatoren en spoelen combineren tot een hele rijkdom aan functies. De onderzoekers zijn er in 2013 in geslaagd een nieuwe universele ontwerpregel bloot te leggen voor het maken van de beste quantum-lichtbron.

Ontwerpregel
De  AMOLF-onderzoekers maakten een schakeling van zo'n vijfhonderd nanometer groot met drie bouwstenen: een fluorofoor als elementaire lichtbron, een spiegel en een nano-antenne. Van zowel spiegel als antenne is bekend hoe deze afzonderlijk het uitzenden van licht beïnvloeden. Door de spiegel ten opzichte van de antenne te bewegen, op afstanden kleiner dan één promille van de dikte van een haar, konden de onderzoekers heel nauwkeurig meten hoe ze de spiegel en antenne moeten opstellen om de 'weerstand' die de bron voelt te bepalen. Verrassend is dat gebruikelijke rekenregels voor serie- en parallelschakelingen die in de elektronica gelden, in het geval van licht spaak lopen.

Het nieuwe ontwerpprincipe zal bijdragen aan efficiëntere zonnecellen en leds, maar ook aan quantuminformatie-toepassingen, waarbij informatie opgeslagen, bewerkt, of getransporteerd wordt als enkele fotonen.