Эффективная широкополосная наноантенна

22.02.2019
Эффективная широкополосная наноантенна
Современные модели широкополосных наноантенн способны напрямую преобразовывать солнечный свет в электрическую энергию
crimea.ria.ru

Новая разработка позволит создать более емкие каналы связи и увеличить КПД фотоэлектрических преобразователей более чем на 10%, снизив их стоимость. Наноантенну создали специалисты Крымского федерального университета (КФУ) имени В. И. Вернадского. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Physics: Conference Series, сообщает пресс-служба КФУ.

Современные модели широкополосных наноантенн способны напрямую преобразовывать солнечный свет в электрическую энергию. Их эффективность намного выше, чем у существующих полупроводниковых аналогов, а стоимость — ниже. Устройства также применяются для терагерцовой электроники как приемники и передатчики терагерцового диапазона. Кроме того, наноантенна может быть интегрирована в оптоволокно для работы в системах связи.

Наноантенна — это обычная антенна наноразмеров, основные ее задачи — прием и передача электромагнитных волн. Любой проводник может выступать антенной, но прием и передача достигаются при определенных условиях, когда эффективная длина антенны кратна четверти длины волны принимаемого излучения. Однако диапазон длин волн, в которых наноантенна способна эффективно работать, довольно узок. Для увеличения диапазона обычно используются наборы наноантенн, но у них есть существенный недостаток: они занимают большую площадь.

Для решения этой проблемы исследователи из КФУ предложили конструкцию широкополосной наноантенны, способной эффективно излучать и принимать электромагнитные волны в широком диапазоне.

«Существующие наноантенны, выполненные просто в виде отрезков проводников, эффективно работают с одной длиной волны, группа наноантенн разных длин — с несколькими, но чтобы охватить весь диапазон солнечного света для осуществления эффективного преобразования света в электрическую энергию, требуется огромное количество наноантенн разной длины, — рассказал “Стимулу” доцент кафедры радиофизики и электроники Физико-технического института КФУ Дмитрий Полетаев. — Разработанная и теоретически обоснованная наноантенна за счет составной конструкции автоматически подстраивает свою эффективную длину под падающее электромагнитное излучение. Таким образом, она является очень широкополосной — каждый элемент разработанной наноантенны работает во всем диапазоне длин волн солнечного света».

Наноатенна содержит точечный оптический источник, точечный приемник излучения, основную и дополнительную полоску из проводящего материала. «В качестве точечного оптического источника может использоваться многослойный полупроводниковый светодиод. Длина основной полоски из проводящего материала, например из меди, может составлять 95 нанометров, а ее толщина — около пяти нанометров», — пояснил Дмитрий Полетаев.

По его словам, существующие наноантенны имеют сложные геометрические формы, а устройство, разработанное учеными КФУ, за счет составной конструкции из двух параллелепипедов намного проще в изготовлении. Такая наноантенна позволяет увеличить КПД фотоэлектрических преобразователей более чем на 10%, а также снизить стоимость не менее чем на 5%.

Практическое значение исследования состоит также в возможности реализации более емких каналов связи за счет внедрения разрабатываемых структур в оптоволоконные передатчики и приемники связи. На разработку получен патент Российской Федерации.