solfuro di antimonio, o stibnite (Sb ₂ S ₃ ), è stato studiato intensamente negli ultimi anni come materiale promettente per materiali non tossici, celle solari ecocompatibili. È ora possibile fabbricare sottili film fotovoltaici da un inchiostro contenente nanoparticelle di stibnite, e per nanomodellare quei film per strutture 2-D e 3-D di qualsiasi forma. così semplice, i metodi di produzione convenienti soddisfano i prerequisiti per un affidabile, uso diffuso.

Poiché la stibnite è un semiconduttore efficace (cioè, ha un alto coefficiente di assorbimento e mobilità del portatore), la sua nanostruttura è promettente come materiale fotocommutabile per l'elaborazione e l'elaborazione di segnali completamente ottici. Petra Gross, ricercatore presso l'Istituto di Fisica presso l'Università di Oldenburg spiega, "Illuminazione con luce nel vicino infrarosso, con lunghezze d'onda per le quali la stibnite è in gran parte trasparente, può provocare un cambiamento ultrarapido del suo indice di rifrazione. Ciò significa che una superficie modellata con nanoparticelle di stibnite potrebbe consentire alle proprietà ottiche come il riflesso dell'aspetto del colore di essere commutate da un impulso di luce a infrarossi".

Se le nanostrutture di stibnite devono essere utilizzate in nanodispositivi commutabili, l'alta qualità ottica è essenziale. Un recente studio pubblicato su Fotonica avanzata ha studiato le proprietà ottiche delle nanostrutture di stibnite. Lo studio ha dimostrato che i nanopunti di stibnite possono agire come guide d'onda di alta qualità ottica. Questa constatazione, insieme alle facili capacità di strutturazione 2-D e 3-D e alle interessanti proprietà ottiche, indica un forte potenziale per le nanostrutture di stibnite come materiali commutabili per applicazioni future.

Nanopunti di stibnite

L'autore principale dello studio, Jinxin Zhan, è attualmente studente di dottorato presso il Near-Field Photonics Laboratory del professor Christoph Lienau presso l'Università di Oldenburg. Zhan spiega che le immagini al microscopio elettronico della stibnite indicano una superficie piuttosto irregolare. Collaborando con i ricercatori dell'Università di Costanza, Zhan e il suo team miravano a stimare le proprietà ottiche della nanostruttura di stibnite studiando i nanopunti di stibnite (diametro di 400 nm) in cima a una superficie di stibnite.

Zan dice, "Una tale ispezione ottica è difficile. La dimensione delle nanostrutture è solitamente inferiore alla lunghezza d'onda della luce visibile, tale che le misurazioni spettroscopiche vengono tipicamente eseguite solo su insiemi di diverse nanostrutture".

Focus sulle nanoparticelle

Per ottenere la difficile ispezione ottica, Zhan e il suo team hanno sviluppato un nuovo tipo di spettroscopia di campo vicino che consente lo studio ottico di singole nanoparticelle. Si basa sulla microscopia ottica in campo vicino (SOM) a scansione di tipo scattering, dove una sonda d'oro con una punta acuminata di circa 10 nm di raggio di curvatura viene avvicinata alla superficie della nanostruttura e scansionata attraverso di essa. La luce diffusa dalla struttura dalla punta viene raccolta da un rilevatore.

Zhan nota, "Generalmente, c'è una grande quantità di luce di fondo presente, che sopprimiamo modulando la distanza punta-campione e mescolando la luce diffusa con un laser di riferimento a banda larga. Un monocromatore dotato di una fotocamera a linea rapida ci consente di misurare spettri completi in ogni posizione durante la scansione raster." La larghezza di banda spettrale è di 200 nm, e la risoluzione spaziale è di circa 20 nm, tale che il team possa studiare le proprietà ottiche, o profili di intensità risolti spettralmente, all'interno di singoli nanopunti.

Le mappe risultanti delle nanoparticelle di stibnite hanno rivelato che agiscono come un alto indice di rifrazione, guide d'onda dielettriche, nonostante la loro superficie irregolare evidente negli studi strutturali. Zhan spiega ulteriormente, "Con il nostro nuovo metodo, vediamo profili di modalità attraverso i nanodot che sono molto simili ai profili di modalità delle onde guidate nelle fibre di vetro ottiche. Un calcolo mostra che una guida d'onda cilindrica di stibnite con un diametro di 400 nm dovrebbe supportare quattro modalità. Una sovrapposizione calcolata di questi quattro modi di ordine più basso corrisponde molto bene alla nostra osservazione sperimentale. Queste modalità sono supportate sull'intera larghezza di banda di 200 nm della nostra misurazione spettroscopica in campo vicino".

Lienau ha notato che questa nuova tecnica offre un modo totalmente nuovo di "vedere" piccole quantità di nanomateriali e apre la porta allo studio della dinamica delle loro eccitazioni ottiche su scale temporali ultraveloci. Lui dice, "La tecnica spettroscopica sviluppata da Jinxin Zhan e Petra Groß è eccezionalmente promettente. Già ora, il team ha dimostrato la spettroscopia di diffusione della luce locale con una risoluzione della lunghezza d'onda profonda e un'elevata sensibilità. Siamo fiduciosi che saremo in grado di migliorare ulteriormente la risoluzione spaziale fino alla gamma di pochi nanometri rapidamente".