Nanoantennas - aparato, aplikasyon, mga prospect para magamit

Ang isang alternatibong aparato para sa pag-convert ng enerhiya ng solar radiation sa electric current ay madalas na tinatawag na isang nanoantenna ngayon, gayunpaman, posible ang iba pang mga aplikasyon, at tatalakayin din dito. Gumagana ang aparato na ito, tulad ng maraming mga antenna, ayon sa prinsipyo ng pagwawasto, ngunit hindi tulad ng tradisyonal na mga antenna, gumagana ito sa hanay ng optical na haba ng haba.

Ang mga electromagnetic waves ng optical range ay sobrang maikli, ngunit noong 1972 ang ideyang ito ay iminungkahi nina Robert Bailey at James Fletcher, na noon ay nakita ang pag-asang makolekta ng enerhiya ng solar sa parehong paraan tulad ng mga alon ng radyo.

Dahil sa maikling haba ng haba ng optical range, ang nanoantenna ay may sukat na hindi hihigit sa daan-daang mga microns na haba (proporsyonal sa haba ng haba), at sa lapad - hindi higit pa, o kahit na mas kaunti, 100 nanometer. Halimbawa, ang nanoantennas sa anyo ng mga dipoles mula sa mga nanotubes, para sa operasyon sa mga dalas ng daan-daang gigahertz, ay kabilang sa naturang mga antenna.

Halos 85% ng solar spectrum ay binubuo ng mga alon na may haba na 0.4 hanggang 1.6 microns, at mayroon silang mas maraming enerhiya kaysa sa infrared. Noong 2002, ang Idaho National Laboratory ay nagsagawa ng malawak na pananaliksik, at kahit na itinayo at nasubok ang mga nanoantennas para sa mga daluyong mula sa 3 hanggang 15 microns, na tumutugma sa mga photon energies ng 0.08 hanggang 0.4 eV.

Ito ay sa prinsipyo posible na sumipsip ng ilaw mula sa anumang haba ng haba gamit ang nanoantennas, sa kondisyon na ang laki ng antena ay na-optimize nang naaayon. Kaya, mula 1973 hanggang ngayon, ang pananaliksik sa pagbuo ng direksyon na ito ay patuloy na isinasagawa.

Sa teorya, ang lahat ay simple. Ang magaan na insidente sa antena sa pamamagitan ng mga pag-oscillation ng electric field ay nagiging sanhi ng mga pag-oscillation ng mga electron sa antena na may parehong dalas ng dalas ng alon. Matapos makita ang kasalukuyang gamit ang isang rectifier, sapat na upang mai-convert ito, at maaari kang magbigay ng enerhiya upang mai-lakas ang pag-load.

Ang teorya ng mga antenna ng microwave ay nagsasabi na ang mga pisikal na sukat ng antena ay dapat na tumutugma sa dalas ng resonant, ngunit ang mga epekto sa kabuuan ay gumawa ng mga pagsasaayos, halimbawa, ang epekto ng balat sa mataas na mga frequency ay napaka-binibigkas.

Sa mga dalas ng 190-750 terahertz (mga haba ng haba mula 0.4 hanggang 1.6 microns), kinakailangan ang mga alternatibong diode na malapit sa pag-tunnod ng mga diode batay sa metal-dielectric-metal, ang mga ordinaryong hindi gagana, dahil ang mga malalaking pagkalugi ay magaganap dahil sa pagkilos ng mga stray capacitor. Kung matagumpay na ipinatupad, ang nanoantennas ay makabuluhang maabutan ang kasalukuyang popular solar panel sa mga tuntunin ng kahusayan, gayunpaman, ang problema sa pagtuklas ay nananatiling pangunahing.

Noong 2011, isang pangkat ng mga pisika sa Rice University ang bumuo ng isang nanoantenna upang mag-convert malapit sa infrared radiation sa kasalukuyang. Ang mga sample ay isang pluralidad ng mga resonator na ginto na nakaayos sa isang hanay sa layo na 250 nm mula sa bawat isa.

Ang mga sukat ng resonator ay 50 nm ang lapad, 30 nm mataas, at ang haba ay umabot mula 110 hanggang 158 nm. Ang pinuno ng pangkat ng pananaliksik na si Naomi Galas, ay ipinaliwanag sa isang nai-publish na artikulo na ang mga pagkakaiba sa haba ay tumutugma sa mga pagkakaiba sa mga frequency ng operating.

Ang mga elemento ng ginto ay matatagpuan sa layer ng silikon, at ang contact point ay ang hadlang ng Schottky. Ang isang hanay ng mga resonator ay nakapaloob sa isang silikon na layer ng silikon, at ang mga contact ay nabuo ng isang layer ng indium tin oxide.

Kaya, kapag ang light light insidente sa mga resonator, ang mga plasmon sa ibabaw ay nasasabik - ang mga electron ay na-oscillated malapit sa ibabaw ng conductor, at kapag ang plasmon ay nabulok, pagkatapos ay pinakawalan ang enerhiya, na pagkatapos ay inilipat sa mga electron.

Madaling tumawid ang mga mainit na elektron sa hadlang ng Schottky, na lumilikha ng isang photocurrent, iyon ay, ito ay naka-isang bagay na katulad ng isang photodiode.Ang taas ng Schottky hadlang posible upang makita ang isang saklaw na makabuluhang lumampas sa mga kakayahan ng mga elemento ng silikon, ngunit ang nakamit na kahusayan ay 1% lamang.

Noong 2013, si Brian Willis, isang siyentipiko mula sa University of Connecticut, USA, ay nagsagawa ng isang matagumpay na pananaliksik at pinagkadalubhasaan ang teknolohiya ng pagpapalabas ng atomic layer. Nilikha rin niya ang isang hanay ng mga pagwawasto ng nanoantennas, ngunit kapag ang mga electrodes ay natapos na gupitin gamit ang isang baril ng beam ng elektron, pinahiran ng siyentipiko ang parehong mga electrodes na may mga atoms ng tanso gamit ang pagpapalabas ng atomic layer upang magdala ng kawastuhan sa mga distansya ng hanggang sa 1.5 nm.

Bilang isang resulta, ang maikling distansya ay lumikha ng isang lagusan ng lagusan upang ang mga elektron ay maaaring madulas lamang sa pagitan ng dalawang electrodes sa ilalim ng impluwensya ng ilaw, na lumilikha ng mga kondisyon para sa karagdagang kasalukuyang henerasyon. Patuloy ang pag-aaral na ito, at ang inaasahang kahusayan ay maaaring umabot sa 70%.

Sa parehong 2013, ang mga mananaliksik mula sa Georgia Institute of Technology, USA, ay nagsagawa ng simulation ng nanoantennas mula graphene. Ang layunin dito ay upang makakuha ng mga antenna para sa pagpapalitan ng data at paglikha ng mga network para sa mga mobile device. Ang pangunahing punto ay ang paggamit ng mga alon ng elektron sa ibabaw sa ibabaw ng graphene, na nangyayari sa ilalim ng ilang mga kundisyon.

Ang pagpapalaganap ng elektron sa graphene ay may sariling mga katangian, kaya ang isang maliit na antena na nakabatay sa graphene ay magagawang mag-radiate at makatanggap sa medyo mababang dalas, ngunit sa isang mas maliit na sukat kaysa sa isang metal antena. Sa kadahilanang ito, si Propesor Iain Akiildiz ay hinahabol sa pag-aaral na ito ang tiyak na layunin ng paglikha ng isang bagong paraan ng pag-aayos ng mga wireless na komunikasyon, sa halip na magtayo ng mga solar cells.

Ang mga graphene electrons sa ilalim ng pagkilos ng isang electromagnetic wave na nagmula sa labas ay nagsisimulang maglabas ng mga alon na nagpapalaganap ng eksklusibo sa ibabaw ng graphene, ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay kilala bilang isang surface plasmon polarized wave (SPP wave), at pinapayagan kang bumuo ng mga antena para sa saklaw ng dalas mula 0.1 hanggang 10 terahertz.

Sa pagsasama sa mga transmiter batay sa zinc oxide, kung saan ginagamit ang mga piezoelectric na katangian ng mga materyales na ito, isang batayan para sa wireless na komunikasyon na may mababang enerhiya na pagkonsumo ay binuo, at isang rate ng paglilipat ng data na 100 beses na mas mataas kaysa sa umiiral na mga wireless na teknolohiya.

Kaugnay nito, ang mga siyentipiko mula sa Saint-Petersburg Metamaterials Laboratory ay naglathala ng isang artikulong "Optical nanoantennas" noong 2013, kung saan ipinakita nila ang posibilidad ng paggamit ng optical nanoantennas para sa iba't ibang mga layunin, kabilang ang paghahatid at pagproseso ng impormasyon sa mga bilis na makabuluhang mas mataas kaysa sa kasalukuyan, dahil ang photon ay mas mabilis kaysa sa elektron, at bubukas ito sa panimula ng mga bagong direksyon.

Ang senior na mananaliksik sa laboratoryo na si Alexander Krasnok, ay sigurado na ang 5cm na mga chips na nagpoproseso hanggang sa data ng terabit sa isang segundo ay nagsisimula lamang, at sa ika-21 siglo ay isang naghihintay sa amin ang isang tunay na rebolusyon ng foton.

Siyempre, hindi pinapabayaan ng mga siyentipiko ang paggamit ng nanoantennas sa iba pang mga lugar, tulad ng gamot at enerhiya. Ang isang malawak na publication ng mga may-akda sa journal Uspekhi Fizicheskikh Nauk (Hunyo 2013, Tomo 183, No. 6) ay nagbibigay ng isang kumpletong pagsusuri ng mga kamag-anak na nanoantennas.

Malaki ang epekto ng pang-ekonomiyang epekto ng pagpapakilala ng nanoantennas. Kaya, halimbawa, sa paghahambing sa mga photocells ng silikon, ang gastos ng isang square meter ng mga materyales para sa nanoantennas ay dalawang order ng magnitude na mas mababa (silikon - $ 1000, isang alternatibo - mula $ 5 hanggang $ 10).

Ito ay lubos na malamang na sa hinaharap, ang nanoantennas ay makakapag-kapangyarihan sa mga de-koryenteng kotse, singilin ang mga mobile phone, magbigay ng koryente sa mga tahanan, at ang mga silikon na solar panel na ginamit ngayon ay magiging isang relic ng nakaraan.

Tingnan din sa paksang ito:Ang mga ultra-manipis na multilayer solar cells batay sa mga materyales na nanostructured

Comments

[#1]

Nagbabayad nang higit pa sa aming mga siyentipiko, sa halip na mga suweldo ng nano, at maaaring mas mabilis ang mga bagay. At pagkatapos sa aming buhay hindi kami maghihintay para sa napakalaking paggamit ng mga de-koryenteng sasakyan!

[#2 Sergey]

Ito ay ang IR nanoantennas na interesado, dahil ang lahat ng mga katawan ay naglalabas ng IR radiation, ang tanong ay lumitaw kung paano susukat ang kahusayan ng mga naturang antenna, kung inilalagay sila sa isang thermally insulated chamber na may isang pag-load na matatagpuan sa labas ng silid na ito, gagana ito tulad ng isang ref, iyon ay, mabigo ang demonyong Maxwell.

Ang kaunlaran ay nangangailangan ng kalayaan at soberanya. At kaya ang anumang negosyo ay masisira sa usbong, kung hindi nai-export sa ibang bansa, ang lahat ng mga kondisyon ay nilikha para dito. Kami ay isang kolonya pagkatapos nawala ang Cold War, bilang karagdagan sa ikalimang haligi na pumipigil sa pag-unlad, mayroon kaming pangunahing batas ng konstitusyon ng Russian Federation na isinulat ng Estados Unidos para sa amin. Kaya walang magiging pag-unlad, magkakaroon ng pagwawalang-kilos, maliban kung babaguhin natin ang Artikulo 13.2 at Artikulo 15.4. (Mamaya 9.2 at 75.2) At para dito kailangan nating ipaalam sa populasyon ng lahat ng magagamit na mga pamamaraan upang magamit ng mga tao ang kanilang karapatan sa isang referendum sa ilalim ng Artikulo 3 ng konstitusyon RF Tanging ang Internet at mga kalye kung saan gaganapin ang solong picket ay magagamit sa amin. Sa kasamaang palad, ang TV ay gumagana para sa amin sa isang rating, hindi sa isang bansa; walang maraming pagkakataon na makarating doon. Sumali sa NOD.Kung mayroon ka na para sa lupang tinubuan para sa iyong tinubuang-bayan, nananatili itong matutunan ang teknolohiya ng Kilusang Pambansang Pambilisasyon.
Alalahanin ang mga sinabi ni Putin:
"Isang bugaw na hinihimok sa kapangyarihan." At
"Ang ating bansa ay at magiging soberanya o hindi ito mangyayari."
Walang mga "soberanya", ngunit paano magiging IT ang magiging soberanya?
Humingi ng isang referendum sa konstitusyon ng Artikulo 13.2 Artikulo 15.4 Artikulo 75.4 Artikulo 9.2.
Pagkatapos makamit natin ang soberanya, at kasama nito ang kayamanan ng inang-bayan at ang mundo sa paligid natin.

[#3]

Hindi ko maintindihan, ano ang problema ng pag-convert ng anumang nakikitang radiation sa thermal radiation sa infrared? Ang IR radiation ay may isang saklaw mula sa 300 GHz hanggang 430 THz, ang mga diode ng MDM ay epektibo sa 150 THz, at ang Schottky diode ay nasa 5 THz. Ito ay kinakailangan na pumili lamang ng isang matatag na temperatura ng pag-init mula sa sikat ng araw kung saan ang thread ng isang homogenous na itim na materyal at makuha ang natanggap na infrared radiation na may nanoantennas, at pagkatapos ay ituwid ito nang maayos at mura? Inaasahan ko na alam ito ng mga nag-develop, ngunit maaaring hindi sila pinahihintulutan na gawin ito.