Átomos e moléculas podem ser feitos para emitir fótons. Contudo, sem intervenção externa, este processo é ineficiente e sem direção. Se fosse possível influenciar o processo de criação de fótons em termos de eficiência e direção de emissão, novas possibilidades técnicas seriam possíveis, incluindo minúsculo, pixels de luz multifuncionais que poderiam ser usados ​​para construir telas tridimensionais ou fontes confiáveis ​​de fóton único para computadores quânticos ou microscópios ópticos para mapear moléculas individuais.

"Antenas ópticas" do tamanho de um nanômetro são uma abordagem bem conhecida. Eles são capazes de enviar fótons em uma direção específica com alta eficiência. A ideia remonta ao ganhador do Prêmio Nobel Richard P. Feynman, que imaginou antenas em nanoescala durante um discurso no Instituto de Tecnologia da Califórnia em 1959.

Feynman estava muito à frente de seu tempo, mas ele inspirou rápido desenvolvimento em nanotecnologia, que permite construir antenas para luz visível hoje. As dimensões e os detalhes estruturais dessas antenas podem ser controlados com precisão em um tamanho de cerca de 250 nanômetros.

Os déficits das antenas de luz existentes

A forma dessas antenas ópticas foi anteriormente inspirada em modelos estabelecidos de comunicação de rádio e tecnologia de rádio, que geralmente são feitos de fios de metal de formato especial e arranjos de hastes de metal para comprimentos de onda na faixa de centímetros. É possível construir antenas para ondas de luz usando nanobastões de metal para influenciar a criação e propagação de fótons, mas a analogia entre ondas de rádio e ondas de luz é limitada.

Embora as antenas de rádio macroscópicas tenham um gerador de alta frequência conectado à antena por meio de um cabo, o link na escala nanométrica de um comprimento de onda de luz deve ser sem contato. Mas os átomos e moléculas que atuam como fontes de fótons não possuem cabos de conexão para conectá-los a uma antena óptica.

É esta grande diferença, combinado com uma série de outros desafios causados ​​pela alta frequência de luz, isso tem dificultado até agora a produção e subsequente controle de fótons com antenas ópticas de maneira satisfatória.

Físicos da Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg na Baviera, Alemanha, já resolveram este problema e estabeleceram um conjunto de regras para antenas ópticas otimizadas, que foram publicados em Cartas de revisão física .

As novas regras podem resultar em antenas para luz, permitindo o controle preciso da emissão de fótons e posterior propagação, pelo menos teoricamente, de acordo com Thorsten Feichtner, pesquisador do Instituto de Física do JMU na equipe do Professor Bert Hecht.

O princípio por trás das novas antenas

"A ideia por trás disso é baseada no princípio da similaridade, “O físico de Würzburg explica.“ O que há de novo em nossa pesquisa é que as correntes dos elétrons livres na antena têm que cumprir duas condições de similaridade ao mesmo tempo. Em primeiro lugar, o padrão de corrente na antena deve ser semelhante às linhas de campo na vizinhança direta de um átomo ou molécula emissora de luz. Em segundo lugar, o padrão de corrente também deve corresponder ao campo elétrico homogêneo de uma onda plana da melhor maneira possível, de modo que cada fóton possa alcançar um receptor distante. "

As novas antenas de luz construídas com a ajuda dessas novas regras extraem muito mais fótons de um emissor do que os tipos de antenas anteriores derivados da tecnologia de rádio.