Nanoantenna separa a luz de cores diferentes

Cor de roteamento em um romance nanoantenna

Pesquisadores na Suécia ter inventado uma pequena antena que pode direcionar a luz vermelha e azul em direções opostas. O dispositivo vem como uma surpresa porque ele depende de estruturas que são menores que o comprimento de onda da luz visível - e, portanto, não são normalmente esperado para manipular a luz dessa maneira. O trabalho pode levar a aplicações em sensoriamento óptico e ajudar a desenvolver direcional de fóton único fontes.

Ser capaz de manipular ondas eletromagnéticas utilizando dispositivos metálicos que são muito menores do que os seus comprimentos de onda é tecnologicamente importante. Por exemplo, estamos todos familiarizados com as ondas de rádio que têm comprimentos de onda da ordem de metros, sendo recebido por um pequeno rádio portátil usando uma antena de metal. Este conceito também trabalha na parte óptica do espectro eletromagnético se as antenas são reduzidos a dimensões nanométricas.

Similar antenas ópticas que trabalham em luz será uma ferramenta importante para o desenvolvimento de aplicações nanofotônica no futuro. Esses dispositivos possuem modos plasmonic - oscilações coletivas dos elétrons do metal da condução - que pode ser sintonizado em ressonância com as transições eletrônicas na próxima light-emitting moléculas. É destes modos plasmonic que aumentam o acoplamento entre a luz emitida pelas moléculas e da antena.

Nanopartículas de ouro e prata

Este novo dispositivo, desenvolvido pela equipe do Mikael Kall na Chalmers University, é um nanoantenna bimetálico consiste em duas nanopartículas (ouro e prata) colocou cerca de 20 nm para além de uma superfície de vidro. Que a antena contém duas partículas de metal diferente é a primeira vez - e é esta dupla que permite que o dispositivo dispersão de luz de cores diferentes em direções opostas, embora seja menor do que o comprimento de onda da luz visível em si.

Chave para seu sucesso são os deslocamentos de fase óptica que ocorrem dentro do dispositivo, explica o membro da equipa Timur Shegai. "A razão é que as nanopartículas de ouro e prata têm diferentes propriedades ópticas e, em particular, ressonâncias diferentes plasmon. Isto significa que os elétrons livres no nanopartículas oscilam fortemente em ritmo com a freqüência da luz aplicada ao dispositivo."

A luz vermelha tem uma freqüência mesmo entre as ressonâncias plasmon de ouro e prata. Isto significa que as nanopartículas oscilam fora de fase um com o outro - o que leva à luz que está sendo dirigida para a partícula de ouro. Quando a luz azul é usado, a situação inverte ea luz é dirigida para a partícula de prata.

Conceito universal

"O truque em nosso trabalho é o built-in material de assimetria que ajuda a gerar um comprimento de onda dependente da mudança de fase óptica entre os elementos da antena," Shegai diz. "Esta assimetria conceito é universal e funciona não apenas para as nanopartículas de ouro e prata, mas qualquer par de nanopartículas nanometallic que suporta ressonâncias plasmon".

Por exemplo, um dispositivo que contém um par de nanopartículas de cobre e alumínio funcionaria da mesma forma, acrescenta. Além disso, os elementos da antena pode ser combinado não apenas em 2D, como demonstrado neste trabalho, mas também em 3D. A forma dos elementos não é importante, pois as hastes, esferas, triângulos, prismas, fios ou qualquer outro par em forma de objetos nanofabricated exibem o mesmo comportamento, de acordo com os pesquisadores.

"Nanoplasmonics é um campo de pesquisa em rápido crescimento e envolve o controle como se comporta a luz visível na nanoescala utilizando uma variedade de nanoestruturas metálicas", afirma Kall."Os cientistas têm agora um novo parâmetro -. Assimétrica composição do material para explorar e controlar a luz"

Sensores químicos

As aplicações potenciais incluem altamente sensíveis sensores ópticos. "[Química] espécies de absorção em qualquer um dos elementos de antena pode modular como o nanoantenna direciona a luz e, assim, permitir o rastreamento dessas entidades", sugere Shegai. "Biomoléculas Único pode até ser detectado, o que seria útil no diagnóstico precoce da doença, por exemplo."

De fóton único fontes, tais como pontos quânticos, ou moléculas de corante, pode ser acoplado ao nanoantenna, bem como, acrescenta Kall. "Esta é uma aplicação mais clássica antena tipo -. No sentido de que ele é semelhante a de rádio-freqüência antenas de TV de alta diretividade do assim chamado tipo Yagi-Uda Estas antenas direcionais poderia trabalhar tanto em transmissão e modos de recepção ao ser subwavelength de tamanho. "

O trabalho é relatado na Nature Communications10.1038/ncomms1490 .

Aglomerados de galáxias de volta a relatividade geral

Aglomerados de galáxias de volta a relatividade geral

Um estudo da luz que vem de aglomerados de galáxias ainda mais uma vez dado o polegar para cima com a teoria geral da relatividade, Albert famosa teoria da gravitação de Einstein. Feito por físicos na Dinamarca que medida redshift gravitacional, a pesquisa aparece para afastar alguns modelos alternativos de gravidade - particularmente aqueles que negam a existência da matéria escura.

Desde a sua publicação em 1916, a teoria geral da relatividade tem desafiado todas as tentativas experimentais para prová-lo errado. No momento favorecida "cosmológica matéria escura constante e frio" modelo (ΛCDM) da cosmologia, relatividade geral, com sucesso, explicou muitos aspectos do universo, incluindo a radiação cósmica de fundo-, lentes gravitacionais e estruturas em grande escala.

No entanto, a gravidade atuando sobre a matéria ordinária não pode explicar toda a estrutura em larga escala visto nos céus. Galáxias parecem estar ligados com a matéria escura invisível, que é pensado para tornar-se quase um quarto do conteúdo de todo o universo de massa-energia. Uma entidade ainda menos bem-entendido, a energia escura, parece estar a acelerar a expansão do universo, e é pensado para dar conta quase três quartos do conteúdo de massa-energia. Enquanto isso, a proporção no universo da matéria comum, tais como átomos parece ser um pouco menos de 5%.

Enfermo teoria

Muitos físicos esperam compreender a natureza da matéria escura e energia escura no devido tempo. No entanto, outros acreditam que esses conceitos são apenas sintomas de uma teoria em crise e está olhando para modelos alternativos de gravidade que podem explicar as observações sem invocar matéria escura ou energia escura. Uma alternativa é dinâmica newtoniana modificada (MOND), e sua parceira generalizada tensor-vetor escalar teoria (Teves), que é suposto para evitar a necessidade de matéria escura. Outra é fgravidade (R), que acaba com a energia escura.

Agora, Radoslaw Wojtak e colegas da Universidade de Copenhaga têm usado os dados do Sloan Digital Sky Survey para testar essas teorias um contra o outro. O estudo enfoca o redshift gravitacional de galáxias dentro de aglomerados de galáxias. Esta quantidade descreve a quantidade de energia que custa fótons para deixar um cluster. Ao sair e perder energia, os comprimentos de onda de fótons esticar para o lado vermelho do espectro. Importante, os diferentes modelos de gravidade prever diferentes quantidades de redshift.

Infelizmente, medir o redshift gravitacional não é fácil. Há outras fontes de redshift incluindo a expansão do universo e os movimentos individuais de galáxias dentro de um cluster. Wojtak e colegas, portanto, calculou a média de desvio para o vermelho como uma função da distância do centro do cluster - um processo que deve excluir essas outras fontes.

MOND e Teves falhar

O grupo de Copenhague descobriram que o redshifts concordou com as previsões da relatividade geral e tanto f gravidade (R), a teoria que tenta evitar a energia escura. No entanto, as barras de erro na redshifts excluídos MOND e Teves, as teorias que tentam evitar matéria escura. Isso faz as conclusões de um estudo de galáxias separadas realizada no início deste ano - mas o estudo Copenhaga tem a influência acrescentou que não tem sido baseada em suposições do modelo ΛCDM geralmente aceitos.

"Eu sempre achei notável a forma como a relatividade geral um bom desempenho em todos os testes que podemos conceber", diz Alberto Cappi, astrônomo do Observatório de Bolonha, Itália, que tentou realizar um estudo semelhante em 1995. "É claro que as barras de erro são grandes, e é difícil ver uma tendência estatisticamente significativa ... mas é verdade que a versão relativista da MOND [Teves] não funciona bem em descrever os dados."

'Punching bag-proxy'

No entanto, outros astrônomos apontam que o grupo de Copenhague não tem necessariamente descartada Teves. Hongsheng Zhao , da Universidade de St Andrews, Reino Unido, acredita que a detecção dos pesquisadores "ainda está nos estágios iniciais", e que pode haver outras variações Teves não tenham analisado. Pedro Ferreira, da Universidade de Oxford, Reino Unido, partilha desta preocupação."Eu não sou um defensor da Teves - nunca ter sido - mas é surpreendente como ele se tornou o proxy saco de pancada para teorias alternativas da gravidade", diz ele.

Evan Scannapieco da Universidade Estadual do Arizona em Tempe, EUA, diz que os dados mais poderia ser a resposta. Isso pode vir de Euclides, um telescópio espacial planejada para ser lançada pela Agência Espacial Europeia em 2017. "Embora haja outras razões para argumentar contra [alternativa] modelos de gravidade, neste momento a restrição do redshift gravitacional de clusters é fraca", diz Scannapieco. "Medidas mais detalhadas são necessárias para excluir tais modelos usando essa abordagem."

O estudo é descrito na Nature 477 567 .