Scienziati di quattro università statunitensi hanno creato un modo per utilizzare i nanoshell attivati ​​dalla luce della Rice University come elementi costitutivi per strutture 2-D e 3-D che potrebbero trovare impiego nei sensori chimici, nanolaser e bizzarri metamateriali che assorbono la luce. Proprio come un bambino potrebbe usare i mattoncini Lego per costruire modelli 3D di edifici o veicoli complessi, gli scienziati stanno utilizzando il nuovo metodo di autoassemblaggio chimico per costruire strutture complesse in grado di intrappolare, immagazzinare e piegare la luce.

La ricerca appare nel numero di questa settimana della rivista Scienza .

"Abbiamo usato il metodo per creare una struttura a sette nanoshell che crea un particolare tipo di schema di interferenza chiamato risonanza di Fano, " ha detto il coautore dello studio Peter Nordlander, professore di fisica e astronomia alla Rice. "Queste risonanze derivano da particolari effetti di interferenza delle onde luminose, e si verificano solo in materiali artificiali. Poiché questi eptameri sono autoassemblati, sono relativamente facili da realizzare, quindi questo potrebbe avere importanti implicazioni commerciali".

A causa della natura unica delle risonanze di Fano, i nuovi materiali possono intrappolare la luce, immagazzina energia e piega la luce in modi bizzarri che nessun materiale naturale può fare. Nordlander ha affermato che i nuovi materiali sono ideali per realizzare sensori biologici e chimici ultrasensibili. Ha detto che possono anche essere utili nei nanolaser e potenzialmente nei circuiti fotonici integrati che escono dalla luce piuttosto che dall'elettricità.

Il team di ricerca è stato guidato dal fisico applicato dell'Università di Harvard Federico Capasso e comprendeva anche l'inventore del nanoshell Naomi Halas, Stanley C. Moore Professor di Rice in Ingegneria Elettrica e Informatica e professore di fisica, chimica e ingegneria biomedica.

Nordlander, il principale teorico mondiale sulla plasmonica delle nanoparticelle, aveva previsto nel 2008 che un eptamero di nanoshell avrebbe prodotto risonanze di Fano. Quel documento ha stimolato gli sforzi di Capasso per fabbricare la struttura, ha detto Nordlander.

Il nuovo metodo di autoassemblaggio sviluppato dal team di Capasso è stato utilizzato anche per realizzare "trimeri" magnetici a tre nanoguscio. Le proprietà ottiche di questi sono descritte nel documento Science, che discute anche come il metodo di autoassemblaggio potrebbe essere utilizzato per costruire strutture 3D ancora più complesse.

Nanoshell, gli elementi costitutivi utilizzati nel nuovo studio, sono circa 20 volte più piccoli dei globuli rossi. Far sapere, assomigliano a palline di latte al malto, ma sono ricoperti d'oro invece che di cioccolato, e il loro centro è una sfera di vetro. Variando la dimensione del centro di vetro e lo spessore del guscio d'oro, Halas può creare nanoshell che interagiscono con specifiche lunghezze d'onda della luce.

"Le nanoconchiglie erano già tra le più versatili di tutte le nanoparticelle plasmoniche, e questo nuovo metodo di autoassemblaggio per complesse strutture 2-D e 3-D aggiunge semplicemente a ciò, "disse Halas, che ha contribuito a sviluppare una serie di applicazioni biologiche per nanoshell, comprese le applicazioni diagnostiche e una procedura minimamente invasiva per il trattamento del cancro.