b'\n_START_ARTICLE_\nNanoantenn\n_START_PARAGRAPH_\nNanoantenn ehk on nanoskoopiline antenn (inglise keeles nantenna v\xc3\xb5i optical rectenna), mida arendatakse valguse elektrienergiaks muutmiseks. Selle eksperimentaaltehnoloogia kontseptsioon p\xc3\xb5hineb alaldaval antennil (rectenna, rectifying antenna), seadmel, mida kasutatakse traadita energia\xc3\xbclekandeks. Alaldav antenn on spetsiaalne raadioantenn, mida kasutatakse raadiolainete alalisvooluks muutmisel._NEWLINE_Valgus koosneb elektromagnetlainetest, mis on sarnased raadiolainetega, kuid palju v\xc3\xa4iksema lainepikkusega. Nanoantenn on v\xc3\xa4ga v\xc3\xa4ike alaldav antenn, mis on valguslainesuurune ja valmistatud nanotehnoloogial. See toimib nagu valguse vastuv\xc3\xb5tuanten, muutes valguse elektriks. Loodetakse, et nanoantennide massiivid v\xc3\xb5iksid edukalt muundada p\xc3\xa4ikesevalguse elektrivooluks, kasutades p\xc3\xa4ikeseenergiat m\xc3\xa4rksa efektiivsemalt kui tavalised p\xc3\xa4ikeseelemendid. Sellise idee pakkus esmakordselt v\xc3\xa4lja Robert L. Bailey aastal 1972. Aastani 2012 on ehitatud vaid m\xc3\xb5ned nanoantenniseadmed ja needki vaid demonstreerivad, et selline energia muutmine on v\xc3\xb5imalik. Pole teada, kas nad v\xc3\xb5ivad kunagi saada sama kuluefektiivseks kui fotogalvaaniline element._NEWLINE_Nanoantenn on elektromagnetiline kollektor, mis on loodud spetsiifiliste lainepikkuste jaoks vastavalt nanoantenni suurusele. Idaho National Laboratories (Idaho riiklik labor) on kavandanud nanoantenni, mis neelab lainepikkusi vahemikus 3\xe2\x80\x9315 \xce\xbcm. Need lainepikkused vastavad footoni energiale 0,08\xe2\x80\x930,4 eV. P\xc3\xb5hinedes antenniteoorial, v\xc3\xb5ib nanoantenn efektiivselt neelata valgust \xc3\xbcksk\xc3\xb5ik millisel lainepikkusel, kui nanoantenni suurus on optimeeritud sellele lainepikkusele. Ideaalis tuleks kasutada nanoantenne, et neelata valgust lainepikkuste vahemikus 0,4\xe2\x80\x931,6 \xce\xbcm, kuna neil lainepikkustel on rohkem energiat kui kaugetel infrapunalainetel (pikematel lainepikkustel) ning need moodustavad umbes 85% kogu p\xc3\xa4ikesekiirguse skaalast (vaata joonis 1).\n_START_SECTION_\nNanoantennide ajalugu\n_START_PARAGRAPH_\nRober Bailey ja James C. Fletcher said 1973. aastal patendi elektromagnetlainete muunduri eest. Patenteeritud seade sarnanes t\xc3\xa4nap\xc3\xa4eva nanoantennidega. Alvin M. Marks sai 1984. aastal patendi seadme eest, mis kasutas submikronilisi antenne valgusenergia otsesel muundamisel elektrienergiaks. Marksi seade oli Bailey omast m\xc3\xa4rkimisv\xc3\xa4\xc3\xa4rselt efektiivsem. Aastal 1996 tegi Guang H. Lin ettekande resonantsvalguse neeldumisest nanostruktuuri poolt ja n\xc3\xa4htavas piirkonnas valguse sageduse muutmisest. 2002. aastal avaldas ITN Energy Systems Inc. ettekande optiliste antennide alasest t\xc3\xb6\xc3\xb6st koos k\xc3\xb5rgesageduslike dioodidega. ITN kavatses ehitada nanoantennide massiivi. Kuigi neid ei saatnud edu, saadiparemini aru probleemidest, mis on seotud k\xc3\xb5rge efektiivsusega nanoantenni ehitamisega. Uurimist\xc3\xb6\xc3\xb6 nanoantennide teemal kestab edasi.\n_START_SECTION_\nNanoantennide teooria\n_START_PARAGRAPH_\nNanoantennide teooria on p\xc3\xb5him\xc3\xb5tteliselt sama mis alaldaval antennil, millega muundatakse mikrolained alalisvooluks. Antennile langev valgus p\xc3\xb5hjustab antennis olevate elektronide edasi-tagasiliikumise langeva valgusega samal sagedusel.  Elektronide liikumine on vahelduvvool antenni vooluringis. Selle alalisvooluks muutmisel tuleb vahelduvvool dioodiga alaldada. Saadud alalisvoolu saab siis kasutada v\xc3\xa4lisel koormusel. Antenni resonantsisagedus on m\xc3\xa4\xc3\xa4ratud antenni  f\xc3\xbc\xc3\xbcsiliste m\xc3\xb5\xc3\xb5tmetega. P\xc3\xa4ikesespektri lainepikkused ulatuvad ligikaudu 0,3\xe2\x80\x932,0 \xce\xbcm. Seega, et alaldav antenn oleks p\xc3\xa4ikesespektris efektiivseks elektromagnetiliseks kollektoriks, peavad saele m\xc3\xb5\xc3\xb5tmed olema suurusj\xc3\xa4rgus sadu nanomeetreid._NEWLINE_Kuna t\xc3\xbc\xc3\xbcpilises alaldava antenni teoorias on kasutatud lihtsustusi, t\xc3\xb5useb nanoantennidega seotud aruteludes esile mitmeid komplikatsioone. Infrapunakiirgusest k\xc3\xb5rgematel sagedustel surutakse peaaegu kogu elektrivool juhtme pinna ligidale (skinnefekt), mis v\xc3\xa4hendab juhtme  efektiivset ristl\xc3\xb5iget._NEWLINE_Teine komplikatsioon on see, et dioodid ei t\xc3\xb6\xc3\xb6ta terahertside sagedusel kuigi t\xc3\xb5husalt. Suur v\xc3\xb5imsuskadu tuleneb kontaktmahtuvusest (tuntud ka kui parasiitmahtuvus) nii asub pn-siirdega dioodides kui ka Schottky dioodides; nad saavad efektiivselt t\xc3\xb6\xc3\xb6tada vaid sagedustel, mis on madalamad kui 5 THz. Ideaalsed lainepikkused 0,4\xe2\x80\x931,6 \xce\xbcm vastavad sagedustele 190\xe2\x80\x93750 THz, mis on palju suuremad kui t\xc3\xbc\xc3\xbcpiliste dioodide v\xc3\xb5imed. Seega tuleb efektiivseks energia muutmiseks kasutada alternatiivseid dioode. Praegustes nanoantennide seadmetes kasutatakse metall-isolaator-metall- (MIM-) tunneldioode. Erinevalt Schottky dioodidele ei m\xc3\xb5juta parasiitmahtuvus MIM-dioode, sest need t\xc3\xb6\xc3\xb6tavad elektrontunnelmeetodil. Seet\xc3\xb5ttu on MIM-dioodid efektiivsed umbes kuni 150 THz sagedusteni.\n_START_SECTION_\nNanoantennide eelised\n_START_PARAGRAPH_\n\xc3\x9cheks suuremaks nanoantennide eeliseks peetakse nende suurt teoreetilist efektiivsust. Kui v\xc3\xb5rrelda \xc3\xbche siirdega p\xc3\xa4ikeseelementidega (30%), on nanoantennidel selge eelis. Kuid tuleb arvesse v\xc3\xb5tta, et nende kahe efektiivsuse arvutamisel l\xc3\xa4htutakse erinevatest eeldustest. Nanoantennidega seotud kalkulatsioonide eeldused p\xc3\xb5hinevad Carnot\' efektiivsuse rakendamisel p\xc3\xa4ikesekollektoritele. Carnot\' efektiivsust (\xce\xb7) arvutatakse valemiga_NEWLINE_Selles valemis on Tcold jahedama keha temperatuur ja T\xe2\x82\x95\xe2\x82\x92\xe2\x82\x9c soojema keha temperatuur. Et toimuks efektiivne energia muundumine, peab kahe keha vahel olema m\xc3\xa4rkimisv\xc3\xa4\xc3\xa4rne temperatuuride vahe. P. L. Bailey v\xc3\xa4idab, et nanoantennid ei ole piiratud Carnot efektiivsusega, kuid fotogalvaanika on. Siiski ei too ta oma v\xc3\xa4itele p\xc3\xb5hjendust. Veel enam, samade eeldustel on \xc3\xbche siirdega p\xc3\xa4ikeseelemendi teoreetiline efektiivsus samuti suurem kui 85%._NEWLINE_K\xc3\xb5ige selgem nanoantennide eelis pooljuhtide fotogalvaanika ees on see, et nanoantennide massiive v\xc3\xb5ib kavandada neelamaks \xc3\xbcksk\xc3\xb5ik millise sagedusega valgust. Nanoantenni resonantsisageduse v\xc3\xb5ib valida olenevalt selle pikkusest. See on eelis pooljuhtide ees, sest selleks, et neelata erinevate lainepikkustega valgust, on vaja erinevaid laineala vahemikke. Selleks aga, et muuta laineala vahemikke, peab pooljuht olema legeeritud v\xc3\xb5i tuleb kasutada hoopis erisugust pooljuhti.\n_START_SECTION_\nNanoantennide piirangud ja puudused\n_START_PARAGRAPH_\nNagu enne mainitud, \xc3\xbcks p\xc3\xb5hilisi nanoantennide piiranguid on sagedus millel nad t\xc3\xb6\xc3\xb6tavad. Valguse k\xc3\xb5rge sagedus ideaalses lainepikkuste vahemikus muudab t\xc3\xbc\xc3\xbcpiliste Schottky dioodide kasutamise ebapraktiliseks. Kuigi MIM-dioodid omavad nanoantennides kasutamiseks paljulubavaid omadusi, on vaja rohkem arendustulemusi, et k\xc3\xb5rgetel sagedustel efektiivselt t\xc3\xb6\xc3\xb6tada._NEWLINE_Veel \xc3\xbcks puudus on see, et praegused nanoantennid on toodetud elektronkiire litograafia meetodil. See protsess on aeglane ja \xc3\xbcsna kulukas, sest paralleelne t\xc3\xb6\xc3\xb6tlemine ei ole elektronkiire litograafias v\xc3\xb5imalik. Tavaliselt kasutatakse elektronkiire litograafiat vaid uurimise eesm\xc3\xa4rgil siis, kui on vaja elementide eriti t\xc3\xa4pseid m\xc3\xb5\xc3\xb5tmeid (enamasti nanomeetrites). Siiski on litograafilised nanotehnoloogiad arenenud k\xc3\xbcmnete nanomeetrite piirkonda, tehes v\xc3\xb5imalikuks nanoantennide tootmise fotolitograafia abil.\n_START_SECTION_\nNanoantennide tootmine\n_START_PARAGRAPH_\nP\xc3\xa4rast seda, kui tehnoloogia kontseptsioon oli t\xc3\xb5estatud, toodeti laboratoorsed nanoantennid r\xc3\xa4nitoorikul, kasutades standardseid integraall\xc3\xbclituste tootmise tehnikaid, sealjuures elektronkiire litograafiat._NEWLINE_Nanoantenn koosneb kolmest p\xc3\xb5hiosast: alusplaat, optilise resonantsi ava ja antenn. Antenn neelab elektromangnetlaineid, alusplaat peegeldab valguse tagasi antenni poole ning optilise resonantsi ava koondab valguse l\xc3\xa4bi alusplaadi tagasi antenni poole.\n_START_SECTION_\nLitograafiameetod\n_START_PARAGRAPH_\nIdaho riiklik labor astus nanoantennide valmistamiseks j\xc3\xa4rgmisi samme. Metallist alusplaat asetati paljale alusplaadile, j\xc3\xa4rgneb atomiseerimisgaasis amorfse r\xc3\xa4ni kiht. Selle kihi s\xc3\xbcgavus on umbes veerand lainepikkust. Antenniks paigaldati \xc3\xb5huke mangaani kirme koos sagedusselektiivse kullakihiga (filtreerimaks v\xc3\xa4lja soovitud sagedus). Elektronkiire litograafia kaudu paigaldati ja struktureeriti resist. Kullakiht s\xc3\xb6\xc3\xb6vitati selektiivselt ja resist eemaldati.\n_START_SECTION_\nLiinilt-liinile-tootmine\n_START_PARAGRAPH_\nLiikudes suurema tootmismahu poole, on elektronkiire litograafia kasutamine, liiga aeglane ja kulukas. Seet\xc3\xb5ttu arendati v\xc3\xa4lja liinilt-liinile-tootmise meetod. Selleks kasutati tootmistehnikat, mis p\xc3\xb5hines peremeesstruktuuril. See peremeesstruktuur t\xc3\xb6\xc3\xb6tab nii, et ta "tembeldab" t\xc3\xa4pse struktuuri odavale painduvale substraadile ning loob seega metallist silmuselemendid, mida on n\xc3\xa4ha ka laboratoorses tootmises. Idaho riiklikus laboris valmistatud peremeesstruktuur koosneb ligikaudu k\xc3\xbcmnest miljardist antennielemendist 8-tollisel r\xc3\xa4nikettal. Kasutades seda poolautomaatset protsessi, on Idaho riiklik labor tootnud hulga 4-tolliseid ruudukujulisi elemente. Need paigutati nii, et moodustus lai paindlik nanoantennide massiiv.\n_START_SECTION_\nAatomkihi sadestamine\n_START_PARAGRAPH_\nConnecticuti \xc3\xbclikooli teadlased kasutavad selektiivse ala aatomkihi sadestamise tehnikat, mis on v\xc3\xb5imeldanud alustada t\xc3\xb6\xc3\xb6stuslikes mahtudes t\xc3\xb6\xc3\xb6kindlalt tootmist. Uurimist\xc3\xb6\xc3\xb6 nanoantennide n\xc3\xa4htavale ja infrapunavalgusele optimaalsetes sageduste h\xc3\xa4\xc3\xa4lestamiseks kestab.\n_START_SECTION_\nT\xc3\xb6\xc3\xb6p\xc3\xb5him\xc3\xb5tte t\xc3\xb5estus\n_START_PARAGRAPH_\nNanoantennide t\xc3\xb6\xc3\xb6p\xc3\xb5him\xc3\xb5tte t\xc3\xb5estus algas 1\xc2\xa0cm\xc2\xb2 r\xc3\xa4nisubstraadiga, millele oli tr\xc3\xbckitud nanoantennide massiivid. Seadme testimisel kasutati infrapunavalgust vahemikus 3\xe2\x80\x9315\xc2\xa0\xc2\xb5m. Kiirgusteguri tipp on kuskil 6,5\xc2\xa0\xc2\xb5m ligi ning kiirgustegur j\xc3\xb5uab 1-ni. Kiirgustegur 1 t\xc3\xa4hendab, et nanoantenn neelab k\xc3\xb5ik spetsiifilise lainepikkuse footonid (katsejuhul 6,5\xc2\xa0\xc2\xb5m), mis langevad seadmele (vaata joonis 3). M\xc3\xb5nes piirkonnas oli nanoantennidel v\xc3\xa4iksem kiirgustegur kui teoreetiliselt eeldati, kuid teistes piirkondades, nimelt 3,5\xc2\xa0\xc2\xb5m \xc3\xbcmber, neelas seade rohkem valgust kui eeldatud._NEWLINE_P\xc3\xa4rast j\xc3\xa4iga r\xc3\xa4nisubstraadi kontseptsiooni t\xc3\xb5estust korrati eksperimenti painduva, pol\xc3\xbcmeeril p\xc3\xb5hineva substraadiga. Painduva substraadi lainepikkuse eesm\xc3\xa4rk seati 10\xc2\xa0\xc2\xb5m peale. Esialgsed katsed n\xc3\xa4itasid, et nanoantenni tehnoloogia v\xc3\xb5ib \xc3\xbcle kanda pol\xc3\xbcmeerist substraadile, kuid on vaja edasisi katseid, et omadused t\xc3\xa4ielikult optimeerida.\n_START_SECTION_\nNanoantennide \xc3\xb6konoomsus\n_START_PARAGRAPH_\nNanoantennid (just nanoantenni osa, mitte alaldi ja teised komponendid) on odavamad kui fotogalvaanika seadised. Kui fotogalvaanika materjalid ja tootmine on kallid (2011. aastal olid valmis fotogalvaanikamoodulite hinnad suurusj\xc3\xa4rgus 430 USD/m\xc2\xb2, kuigi m\xc3\xa4rgata oli odavnemistedndentsi), siis Steven Novacki hinnangul oli nanoantennide materjali maksumus 2008. aastal 5\xe2\x80\x9311 USD/m\xc2\xb2. Tema hinnangul ei tule \xc3\xb5ige t\xc3\xb6\xc3\xb6tlemistehnika ja materjalivaliku korral kogu t\xc3\xb6\xc3\xb6tlemise kulu, kui on tegu korraliku masstootmisega, kuigi palju suurem. Tema protot\xc3\xbc\xc3\xbcp 2008. aastal oli plastist suurusega 30\xc3\x9761\xc2\xa0cm , mis sisaldas 0,60 dollari eest kulda, kuid v\xc3\xb5imalik oleks kasutada ka odavamaid materjale, nagu alumiinium, vask v\xc3\xb5i h\xc3\xb5be. Protot\xc3\xbc\xc3\xbcbis oli kasutatud r\xc3\xa4nisubstraati, sest selle t\xc3\xb6\xc3\xb6tlemisprotsessid on -tuntud, kuid teoreetiliselt oleks v\xc3\xb5inud kasutada \xc3\xbcksk\xc3\xb5ik millist substraati, kui on v\xc3\xb5imalik alusplaadi materjal korralikult k\xc3\xbclge liita.\n_START_SECTION_\nTulevane uurimist\xc3\xb6\xc3\xb6 ja eesm\xc3\xa4rgid\n_START_PARAGRAPH_\nNational Public Radio saates "Talk of the Nation" antud intervjuus v\xc3\xa4itis dr. Novack, et nanoantennid v\xc3\xb5ivad kunagi olla kasutuses autode k\xc3\xbctte asemel, mobiiltelefonide laadimiseks ja kodustes jahutuss\xc3\xbcsteemides. Novack v\xc3\xa4itis, et need viimased t\xc3\xb6\xc3\xb6tavad kahel viisil \xe2\x80\x93 neelavad ruumidest infrapunasoojust ja toodavad elektrit, mida saab kasutada ruumide jahutamiseks. (Ta ei selgitanud, kas see v\xc3\xb5iks olla vastuolus teise termod\xc3\xbcnaamika seadusega.)_NEWLINE_Praegu pole suurim probleem mitte antenniseadmes, vaid alaldis. Nagu enne mainitud, ei ole t\xc3\xa4nap\xc3\xa4eva dioodid v\xc3\xb5imelised efektiivselt alaldama sagedusi, mis vastavad k\xc3\xb5rgele infrapuna- ja n\xc3\xa4htavale valgusele. Seega on vaja niisugust alaldit, et see suudaks korrektselt muundada neelatud valguse kasutatavaks energiaks. Teadlased loodavad luua alaldi, mis v\xc3\xb5ib muuta umbes 50% antenni neelatud lainetest energiaks. Teine uurimist\xc3\xb6\xc3\xb6 fookus on sellel, kuidas saada protsess nii kaugele, et seda viia masstootmiseni. Sellekd tuleb leida ja testida masstootmiseks sobivaid materjale.'