Minuscole particelle composte da metalli e semiconduttori potrebbero servire come sorgenti luminose nei componenti dei futuri computer ottici, in quanto sono in grado di localizzare con precisione e amplificare estremamente la luce laser incidente. Un team di Germania e Svezia guidato dal Prof. Dr. Christoph Lienau e dal Dr. Jin-Hui Zhong dell'Università di Oldenburg ha ora spiegato per la prima volta come funziona questo processo. Lo studio è pubblicato nell'attuale numero della rivista Comunicazioni sulla natura .

Per il loro studio, il team ha prodotto nanomateriali ibridi che combinano le proprietà ottiche di metalli e semiconduttori. Il punto di partenza dello studio erano particelle d'oro spugnose con un diametro di diverse centinaia di miliardesimi di metro (nanometri) e pori con una dimensione di circa dieci nanometri. Gli scienziati dei materiali Dr. Dong Wang e Prof. Dr. Peter Schaaf dell'Università tecnica di Ilmenau hanno fabbricato queste nanospugne e hanno ulteriormente utilizzato tecniche avanzate di nanofabbricazione per rivestire le spugne e infiltrare nei loro minuscoli pori un sottile strato di ossido di zinco semiconduttore.

Le particelle sono in grado di cambiare il colore di un raggio di luce ottico. Per esempio, se sono irradiati con la luce di un laser rosso, potrebbero emettere luce laser blu, che ha una lunghezza d'onda più corta. Il colore emesso dipende dalle proprietà del materiale. "La creazione di tali cosiddetti materiali ottici non lineari con dimensioni su scala nanometrica è una delle grandi sfide nell'attuale ricerca sull'ottica, "Riferisce Lienau.

Nei futuri computer ottici, che potrebbe usare la luce invece degli elettroni per i calcoli, tali nanoparticelle potrebbero fungere da minuscole sorgenti luminose. "Potresti chiamare tali particelle nanolaser, "aggiunge Zhong, che insieme al Dr. Jan Vogelsang dell'Università di Lund è l'autore principale dello studio. Le possibili applicazioni includono interruttori ottici o transistor ultraveloci.

Per chiarire come i nanomateriali convertono la luce di un colore in un altro, i membri del team guidati dal Prof. Dr. Anne L'Huillier e dal Prof. Dr. Anders Mikkelsen dell'Università di Lund in Svezia hanno utilizzato uno speciale metodo microscopico, microscopia elettronica a fotoemissione ultraveloce. Combinando lampi di luce estremamente brevi con un microscopio elettronico, sono stati in grado di dimostrare direttamente che la luce è concentrata in modo efficiente nei nanopori, un prerequisito importante per la sua futura applicazione.

Prof. Dott. Erich Runge, un fisico dell'Università tecnica di Ilmenau, simulato le proprietà del materiale con modelli teorici. Come riporta la squadra, le nanoparticelle composte da metalli e semiconduttori offrono probabilmente nuove opportunità per regolare le proprietà della luce emessa. "Il nostro studio fornisce nuove informazioni fondamentali su come le nanostrutture ibride metallo-semiconduttore amplificano la luce, " dice Zhong. Inoltre, le osservazioni potrebbero aiutare a sviluppare materiali con proprietà ottiche ancora migliori.

Il gruppo di ricerca "Ultrafast Nano-Optics" dell'Università di Oldenburg guidato dal Prof. Dr. Christoph Lienau è specializzato nello studio di processi nel nanomondo con una risoluzione spaziale e temporale particolarmente elevata. I fisici hanno già raggiunto diverse scoperte significative in questo campo. Solo recentemente, hanno sviluppato una superlente metallica fatta di oro con una risoluzione ottica precedentemente non raggiunta.