(Phys.org)—Portando la tecnologia nanofotonica nella spettroscopia ottica tradizionale, un nuovo tipo di spettrometro ottico con funzioni di rilevamento e misurazione spettrale è stato recentemente dimostrato da un gruppo di ricerca dell'Università dell'Alabama a Huntsville.

Dottor Junpeng Guo, Professore Associato di Ingegneria Elettrica e Ottica presso UAHuntsville, ha recentemente creato un nuovo dispositivo fotonico su scala nanometrica chiamato super nano-reticolo, con l'assistenza del suo dottorando, Haiseng Leong. Con un super nano reticolo fabbricato, Il gruppo del Dr. Guo ha dimostrato un nuovo tipo di apparato di rilevamento ottico chiamato sensori spettrometrici.

Gli spettrometri ottici tradizionali misurano gli spettri della luce. I sensori ottici tradizionali utilizzano la luce per rilevare la presenza di sostanze chimiche. Un sensore spettrometrico è uno spettrometro ottico e anche un sensore chimico perché misura lo spettro di risonanza ottica controllato da sostanze chimiche legate sulla superficie della nanostruttura. Un sensore spettrometrico con un reticolo metallico super nanoslit è stato pubblicato per la prima volta in Lettere di ottica (vol. 36, 2011) e un sensore spettrometrico con un reticolo metallico super nanohole è stato pubblicato di recente in Ottica Express (vol. 20, 2012).

I nano-reticoli sono nanostrutture periodiche con la dimensione delle caratteristiche nella scala nanometrica. Un nanometro è un milionesimo di millimetro, circa 1/50, 000esimo del diametro di un capello umano. Poiché la dimensione caratteristica delle nanostrutture è inferiore alla lunghezza d'onda della luce, non siamo in grado di vedere le nanostrutture con i nostri occhi. Però, la luce può rilevare le nanostrutture mediante forti assorbimenti a specifiche lunghezze d'onda. Questo fenomeno è chiamato risonanza ottica delle nanostrutture, un fenomeno fondamentale in ottica.

Le risonanze ottiche delle nanostrutture vengono tipicamente misurate utilizzando spettrometri ottici. Creando un modello super-reticolo di nanostrutture, il team di UAHuntsville ha realizzato reticoli di super diffrazione con strutture a reticolo nano. Con il super nano-reticolo, la risonanza della nanostruttura può essere misurata con un array di fotorivelatori. Quel modo, non è necessario l'uso di uno spettrometro ottico.

Le nanostrutture, come nanoholes o nanoslits, sono realizzati utilizzando un fascio di elettroni strettamente focalizzato, una tecnica chiamata litografia a fascio di elettroni. I modelli di nanostrutture sono stati prima disegnati con un computer e poi inviati alla macchina per la litografia a fascio di elettroni per controllare il movimento del fascio di elettroni strettamente focalizzato per scrivere nanofori o qualsiasi altro modello di nanostruttura in un sottile strato di polimero speciale chiamato e-beam resist.

Lo strato polimerico scritto con fascio elettronico viene quindi sviluppato in modo che i modelli di nanostruttura vengano stampati sul sottile strato polimerico. Lo strato polimerico modellato funziona come una maschera e un processo di incisione con ioni di argon viene utilizzato per trasferire il modello dallo strato polimerico alla sottile pellicola metallica sottostante. Questo dispositivo è stato realizzato da Haisheng Leong, un assistente di ricerca laureato presso UAHuntsville.

Il super nano-reticolo è un array di nanofori a super periodo forato in una sottile pellicola d'oro su un substrato di vetro trasparente. Lo spessore del film d'oro è di 60 nanometri e la dimensione dei nanofori è di circa 100 nanometri. I nanofori periodici nel film metallico sottile supportano oscillazioni collettive di elettroni liberi, denominati plasmoni di superficie, nel metallo nanostrutturato.

I super nano-reticoli hanno una fisica ricca che deve essere studiata, ha detto il dottor Guo. Un articolo che ha scritto e pubblicato di recente su Lettere di fisica applicata (vol. 101, 2012) sta cercando di spiegare il fenomeno di scissione della modalità di risonanza osservato nel reticolo del super-nanohole. La suddivisione in modalità di risonanza può essere utilizzata per realizzare sensori chimici di migliore sensibilità.

I sensori dello spettrometro possono rilevare tossine o contaminanti in quantità molto piccole. UAHuntsville ha recentemente depositato un brevetto per concedere in licenza la nuova tecnologia.

"I sensori spettrometrici sono più adatti in applicazioni che richiedono dimensioni e peso ridotti, " Ha detto il dottor Guo. Sensori così piccoli e leggeri possono essere utili per le applicazioni di esplorazione spaziale della NASA come la misurazione della composizione chimica sulla superficie di Marte, Egli ha detto.