Oro. La parola fa venire in mente le fedi nuziali, tesoro sepolto e la California nel 1840. Ma quando l'oro si riduce a 1/100, 000 delle dimensioni di un capello umano, assume una personalità completamente nuova.

Attaccando nanoparticelle d'oro alla superficie di un microlaser, i ricercatori della USC Viterbi School of Engineering hanno dimostrato un pettine di frequenza che occupa meno spazio e richiede una potenza 1000 volte inferiore rispetto all'attuale tecnologia a pettine.

Un pettine di frequenza è un dispositivo in grado di creare un arcobaleno di luce da un singolo colore. Questi dispositivi sono stati utilizzati per migliorare la sicurezza informatica, rilevamento di sostanze chimiche tossiche, e GPS. Però, questi pettini industriali sono generati utilizzando sistemi di grandi dimensioni che richiedono watt di potenza in ingresso. Al fine di creare sistemi più piccoli che possano consentire applicazioni residenziali o portatili, i requisiti di alimentazione per la generazione di lunghezze d'onda e le dimensioni del dispositivo devono essere notevolmente ridotti.

Il gruppo di ricerca guidato da Andrea Armani, un professore nel Dipartimento di Ingegneria Chimica e Scienza dei Materiali della Famiglia Mork, ha dimostrato pettini di frequenza che richiedono solo milliwatt di potenza in ingresso attaccando nanobarre d'oro alla superficie di un singolo microlaser. L'interazione della luce del microlaser con le particelle d'oro determina la generazione di molte lunghezze d'onda aggiuntive. Questo processo è ulteriormente migliorato da un rivestimento polimerico sulle nanoparticelle. La riduzione della potenza riduce l'ingombro del sistema e porta la tecnologia dal laboratorio alle applicazioni del mondo reale in cui sia il consumo energetico che le dimensioni sono importanti.

"Questi risultati esemplificano cosa può accadere se ricercatori di diversi campi lavorano insieme su un problema scientifico di base che ha un impatto sulla ricerca applicata, " ha detto Armani, la cattedra Ray Irani in ingegneria e scienza dei materiali, il cui laboratorio fa parte del nuovo USC Michelson Center for Convergent Bioscience.

"Unendo competenze in ottica e nanomateriali, abbiamo fatto progressi eccezionalmente rapidi che hanno sfidato e smentito il pensiero convenzionale nel campo che le nanoparticelle d'oro sarebbero dannose per il laser."

L'autore principale Vinh Diep descrive il progetto come l'utilizzo di innovazioni nei nanomateriali per risolvere un problema di ottica integrata.

"Il ruolo delle nanobarre d'oro è quello di aumentare l'intensità della luce che circola nel dispositivo, " Diep ha detto. "La luce ad alta intensità può quindi interagire con le molecole organiche sulla superficie dell'oro per generare altre lunghezze d'onda della luce. Questo effetto combinato consente alla generazione del pettine di iniziare a una potenza molto inferiore rispetto al tradizionale approccio laser pulsato".

sprofondare, uno studente di dottorato in Scienze dei materiali, ha spiegato che un pettine di frequenza che contiene numerose lunghezze d'onda di emissione su un ampio intervallo di lunghezze d'onda è vantaggioso. Utilizzando il rivestimento nanorod dorato, il team di ricerca ha osservato un pettine che può estendersi su una gamma di lunghezze d'onda di 300 nanometri. Senza i nanotubi d'oro, un pettine non potrebbe essere generato alla stessa potenza.

La dimostrazione di un'ampia gamma mostra il forte potenziale del dispositivo per le applicazioni nello sviluppo di un sistema di spettroscopia chimica portatile, dove il segnale chimico si verifica solo a una lunghezza d'onda specifica, e la precisione dipende dalla sorgente luminosa.

La ricerca è stata condotta da Vinh Diep e Rigoberto Castro-Beltrán, uno studioso USC-Conacyt presso l'Università di Guanajuato. Altri ricercatori di ingegneria coinvolti erano il collega dottorando Soheil Soltani e la studiosa post-dottorato Eda Gungor. Lo studio è stato accettato per la pubblicazione in Fotonica ACS .