Il campo emergente della plasmonica potrebbe portare progressi nella produzione chimica, inaugurare nuove tecnologie pulite e sostenibili e sistemi di desalinizzazione per scongiurare una futura crisi idrica globale.

I materiali plasmonici contengono caratteristiche, modelli o elementi che consentono un controllo senza precedenti della luce sfruttando nubi di elettroni chiamate plasmoni di superficie.

"La plasmonica offre il massimo controllo sulla luce e sulla fotochimica, con l'ausilio di nanostrutture metalliche in grado di concentrare l'energia elettromagnetica in volumi su scala nanometrica, " ha detto Vladimir M. Shalaev, Bob e Anne Burnett Distinguished Professor in Ingegneria Elettrica e Informatica della Purdue University. "Potrebbe avere un impatto trasformativo sul modo in cui guideremo, manipolare, migliorare, e monitorare i processi chimici in futuro."

Il potenziale per le applicazioni pratiche è discusso in un commento che apparirà venerdì (2 giugno) nella sezione Prospettive di Scienza rivista. L'articolo è stato scritto dal visiting scientist Alberto Naldoni; Salaev; e Mark Brongersma, professore presso il Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali della Stanford University.

I plasmoni di superficie e le "nanostrutture risonanti" potrebbero essere sfruttati per la produzione ultra efficiente di prodotti chimici e combustibili. Un esempio è il potenziale utilizzo di queste nanostrutture combinate con dispositivi a semiconduttore che raccolgono luce per eseguire la catalisi.

Quando i semiconduttori sono illuminati, si dice che gli elettroni sono "eccitati, "passando da un livello di energia, o banda, a un altro e lasciando dietro di sé "buchi". I plasmoni di superficie sono gruppi di elettroni che si eccitano collettivamente e poi "decadono, " o perdere energia, fotoni che riemettono o altamente energetici, "piccante, " elettroni e lacune. Questi elettroni caldi possono essere usati per guidare reazioni chimiche.

Le innovazioni nella plasmonica potrebbero consentire di esplorare nuovi tipi di chimica che sono tipicamente possibili solo ad alte temperature e pressioni. I plasmoni di superficie causano "riscaldamento locale, " che è promettente per applicazioni come la separazione chimica e la distillazione per processi industriali, e dissalazione dell'acqua salata.

"Il mondo sta affrontando una crisi d'acqua dolce, ed economico, una produzione efficiente di acqua dolce da acqua salata significherebbe la fine di questa sfida globale, "Ha detto Shalaev. "Le nanoparticelle plasmoniche possono essere autoassemblate all'interno dei nanocanali di una membrana che galleggia sull'acqua. All'irradiazione, il dispositivo plasmonico assorbe più del 96 percento dello spettro solare e concentra l'energia assorbita in volumi d'acqua su scala nanometrica, consentendo la generazione di vapore e una desalinizzazione efficiente."

La plasmonica potrebbe anche essere combinata con il DNA per produrre "metamolecole tridimensionali" su misura e robot molecolari guidati dalla luce per applicazioni in chimica, tecnologia e medicina.

"Tali macchine plasmoniche potrebbero essere implementate per eseguire operazioni intelligenti come il trasporto di molecole e l'elaborazione delle informazioni, " Egli ha detto.

Portare la chimica plasmonica a livello industriale richiederebbe lo sviluppo di nuovi materiali plasmonici alternativi, l'uso di "metasuperfici" e piattaforme nanofotoniche flessibili.

"La transizione verso una società pulita e sostenibile è già in atto, " Ha detto Shalaev. "La plasmonica può aiutare ad accelerare questo passaggio consentendo, manipolare, migliorare, e monitorare i processi chimici con precisione e controllo su scala atomica."