Optiska hybridantenner för effektiva kvantljuskällor

Forskningsprojekt, 2013 – 2016

Ljus är både en våg och en partikel. Sedan Isaac Newtons dagar har forskare kämpat med att visa detta. Effekter såsom interferens och diffraktion visar otvivelaktigt att ljus består av vågor. Men idag är det också välkänt att ljus sänds ut som odelbara enheter ? kvanta, så kallade fotoner. Så ljus visar verkligen våg-partikel dualitet. Ljuskällor såsom kvantprickar och färgämnesmolekyler sänder ut fotoner en i sänder. Hur snabb denna process är, i vilken riktning fotonerna sänds, samt vilken färg, eller energi, som sänds ut kan emellertid vara för låg eller olämplig för en viss tillämpning. Enstaka fotoner är viktiga inom många forskningsområden, från kvantoptik, kvantkryptografi och optiska datorer till fluorescensmikroskopi och biologiska avbildingstekniker. Detta projektförslag strävar efter att förbättra produktionen av enstaka fotoner genom att koppla elementära kvantkällor till så kallade optiska antenner. Optiska antenner är inget annat än arrangemang av små metallnanopartiklar. När en fotonkälla, t.ex. en kvantprick, placeras nära antennen kan signalen förstärkas och riktas längs en specifik rutt, analogt med radiovågsantenner. Nanopartiklar i metall exciterade med ett externt optiskt fält stödjer kollektiva svängningar av ytelektroner, så kallade lokaliserade ytplasmonresonanser. När flera nanopartiklar placeras nära varandra börjar de växelverka genom överlappande närfält, vilket därmed förändrar effektiviteten av in- och utkoppling av elektromagnetiska vågor. Om en nanoantenn består av komponenter av olika material kan antenndesignen varieras ytterligare, göras mycket kompakt, och dessutom låtas påverkas och styras med hjälp av externa medel.