科学は愛ですコミュのナノサイズの「八木・宇田アンテナ」で光を制御：広島大学チーム

http://wiredvision.jp/news/201003/2010032422.html
写真説明：Image:NASAｓ

一般的なアンテナをナノレベルに応用した「光アンテナ」を広島大学の研究チーム[Holger Hofmann氏と角屋豊教授ら]が開発し、3月14日付(現地時間)で『Nature Photonics』誌オンライン版にその成果を発表した。

電波を受信する通常のテレビ用アンテナをナノメートル・サイズに縮小し、若干の修正を加えたこの極小アンテナは、ナノメートル単位の波長を持つ光の方向を制御することができる。この光アンテナ・アレーは、ナノスケールのセンサーや検出装置のデザイン向上に役立つ可能性を持っている。

複数の金属棒が平行に並んだ、おなじみのテレビ用アンテナは、発明者の名を取って八木・宇田アンテナと呼ばれている。そのデザインは、ある単純な原理に基づいている。金属線は、関連する波長の半分の長さにすると、その波長に強く共振する、という原理だ。テレビやラジオに使われる電波の波長はだいたい1メートルなので、八木・宇田アンテナでは、その半分の長さの金属棒を使ってそれらの電波を受信している。このデザインのアンテナは指向性が高く、強い電波を受発信できることから、広く用いられるようになった。

[八木・宇田アンテナは、1926年に東北帝国大学の八木秀次、宇田新太郎両氏によって開発された。テレビ放送のほか、FM放送の受信用やアマチュア無線、業務無線の基地局用などに広く利用されている]

このデザインをナノレベルで応用しようと、研究チームは長さ約100ナノメートルの極小サイズの金属棒を作成し[1ナノメートルは10億分の1メートル]、それを八木・宇田アンテナと同じ構成に配列した。さらに、デザインに若干の変更を加え、金属棒の1本を、他の棒に対して45度の角度で傾斜させた。それにより、他の金属棒とは別にこの1本のみをレーザー光によって励起させることが可能になる。

そのようにして作成したナノアンテナ・アレーにレーザー光を当てたところ、極小の金属棒の配列を通じて光の方向を制御することに成功した。共振波長はおよそ数百ナノメートルで、光のスペクトラムではオレンジから赤の領域に相当する。

標準的な八木・宇田アンテナに比べると、アンテナの長さに対する波長の倍数が大きいが、それでも十分実用に耐えるレベルだ。開発チームは、この極小ナノアンテナが今後、光ナノテクノロジーの分野で広く活用されることを期待している。

[分子レベルの空間で弱い光の検出や強い光の発信が可能になり、超小型センサーや生命現象の解析などへの応用も見込めるという。

Sify.comの記事によると、広島大学のHofman氏は、電磁学の授業中にアンテナの原理を教えている時に、この原理をナノスケールにも応用できることに気がついた。入力した光の約3分の2が前方に集光されたという。これまではナノスケールでの光の制御には巨大な装置が必要だったが、今回の発見で、量子コンピューターなどへの応用が期待されている]

[日本語版：ガリレオ-高橋朋子／合原弘子]

WIRED NEWS 原文(English)