Om een zelfstandig rijdende auto veilig te laten rijden, moet de boordcomputer heel snel heel veel data verwerken. Die data-overdracht gaat het snelst via licht. Onderzoekers van de Universiteit Utrecht en de EHT Zürich hebben een methode ontwikkeld waardoor dat licht met nog meer precisie gestuurd kan worden. Dat betekent nog snellere dataverbindingen. Afgelopen week publiceerden de onderzoekers hun bevindingen in het tijdschrift Nature.
Die nieuwe methode kan heel breed worden toegepast. Het leidt bijvoorbeeld tot efficiëntere glasvezels voor dataoverdracht, ultradunne cameralenzen en compacte hologrammen met scherpere beelden. De onderzoekers voorzien een brede impact op optische technologieën, zoals futuristische smartphonecamera’s, biosensoren of autonoom zicht voor robots en zelfrijdende auto’s.
De Utrechtse onderzoekers Freddy Rabouw werkte in het onderzoeksteam bij ETH Zürich als NWO Rubicon-fellow, terwijl Sander Vonk er stage liep voor zijn dubbele master Nanomaterials en Experimental Physics.
Bij dataoverdracht door middel van licht is het de bedoeling dat de informatie precies daar uitkomt, waar het nodig is. Hoe nauwkeuriger het licht kan worden gestuurd, des te sneller de dataverbinding. Daarvoor worden zogenoemde diffractieroosters gebruikt. Deze nanoroosters reflecteren de verschillende kleuren licht nauwkeurig in bepaalde richtingen.
Heilige graal optische datacommunicatie
De zoektocht naar uiterst nauwkeurige diffractieroosters is al vele jaren gaande. In een wereld die lijkt te snakken naar robots en autonoom rijdende auto’s is de vraag naar extreem nauwkeurige dataverbindingen reusachtig. De wetenschapers uit Zürich en Utrecht lijken in samenwerking met het bedrijf Heidelberg Instruments Nano de heilige graal van optische verbindingen te hebben gevonden. Ze ontwikkelden een compleet nieuwe methode voor de productie van efficiëntere en nauwkeurigere diffractieroosters.
“De groeven op een diffractierooster hebben een afstand vergelijkbaar met de golflengte van het licht, oftewel honderd keer smaller dan een mensenhaar. Momenteel worden deze groeven geëtst met productietechnieken uit de micro-elektronica-industrie,” aldus eerste auteur Nolan Lassaline.
“Hierdoor zijn de groeven van het rooster vrij hoekig van vorm. De natuurkunde leert ons echter dat groeven met een golvend patroon, zoals rimpelingen op een meer, het licht efficiënter kunnen sturen.”
Hete sonde
De onderzoekers slaagden erin om zulke vloeiend golvende nanorimpels te maken met een techniek gebaseerd op de scanning tunnelling microscoop, die met een scherpe naald op hoge resolutie materiaaloppervlakken scant. De onderzoekers verhitten de punt van de naald tot bijna 1000 graden Celsius en drukken deze op bepaalde plaatsen in het oppervlak van een polymeer. Hierdoor breken de moleculen van het polymeer op die plaatsen uiteen en verdampen ze. Zo kan het oppervlak heel nauwkeurig worden bewerkt.
Het polymeer functioneert dan als een soort mal voor het optische materiaal: de onderzoekers vormen hieruit een reflecterend diffractierooster door zilver op het polymeer aan te brengen en weer los te maken.
Praktisch perfect
“Hiermee kunnen we diffractieroosters in allerlei vormen produceren, met een precisie van slechts enkele atoomafstanden”, aldus onderzoeksleider prof. David Norris. In tegenstelling tot de traditionele hoekige groeven zijn deze roosters niet langer benaderingen van een ideaal oppervlak, maar zijn ze praktisch perfect. Zulke perfecte roosters creëren nieuwe mogelijkheden om licht heel precies te sturen.”
Coverfoto: Het onderzoeksteam in een videovergadering, met de Utrechtse onderzoekers Freddy Rabouw (linksonder) en Sander Vonk (rechtsonder).
Ook interessant: via deze link lees je nog veel meer artikelen over nanotechnologie