Antenas captam ondas de rádio, uma forma de radiação eletromagnética, do ar e convertem a energia em sinais elétricos que alimentam as telecomunicações modernas. Eles também podem converter sinais elétricos em ondas de rádio. Sem antenas, o mundo seria um lugar muito diferente do que é hoje. Engenheiros ópticos e cientistas como Anthony J. Hoffman, professor associado do Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade de Notre Dame, estão trabalhando para alavancar esses dispositivos para controlar a luz em vez de ondas de rádio.

Hoffman tem concentrado seus esforços em materiais de última geração, tecnologias e dispositivos para luz infravermelha. Mais frequentemente associada à visão noturna, a luz infravermelha tem muitos usos em detecção e detecção ótica. As antenas ópticas permitem que os engenheiros controlem como a luz interage com os materiais e podem localizar a luz em dimensões abaixo do comprimento de onda para uso com muitos dos dispositivos atuais em nanoescala.

O papel, intitulado "Monochromatic Multimode Antennas on Epsilon-Near-Zero Materials, "publicado recentemente em Materiais Óticos Avançados , descreve uma classe especial de materiais ópticos que podem alterar drasticamente as propriedades das antenas ópticas. Esse "controle" de propriedades abre a porta para novas maneiras de projetar antenas ópticas.

Hoffman e seus co-autores - Kaijun Feng, Junchi Lu e Owen Dominguez, todos os alunos de graduação em engenharia elétrica da Notre Dame, junto com Daniel Wasserman, professor associado de engenharia elétrica e da computação, e o estudante de graduação Leland Nordin, ambos da Universidade do Texas em Austin - trabalharam principalmente em duas instalações do campus (a Instalação de Nanofabricação de Notre Dame e a Instalação de Imagem Integrada de Notre Dame) para projetar, fabricar e demonstrar antenas ópticas usando um material epsilon quase zero (ENZ).

Os materiais ENZ oferecem fenômenos únicos, incluindo engenharia de frente de onda, luz aprimorada afunilando através de aberturas de comprimento de onda, extensão de ordem de magnitude do comprimento de onda local em estruturas de guia de ondas, e absorção espectralmente seletiva e emissões térmicas. Construir antenas ópticas em um material ENZ permitiu à equipe projetar e demonstrar um multimodo, antena quase monocromática, uma nova classe de antenas ópticas, que poderia ter uso na detecção, imagem, optoeletrônica infravermelha e aplicações de controle de emissão térmica. Ele também oferece o potencial de novos tipos de dispositivos ópticos.

Hoffman, um membro afiliado do Center for Nano Science and Technology, e sua equipe está trabalhando atualmente para incorporar suas antenas ópticas em dispositivos semicondutores, a fim de melhorar a interação entre a luz e os materiais semicondutores, criando assim a próxima geração de fontes infravermelhas.