Canali microscopici di nanoparticelle d'oro hanno la capacità di trasmettere energia elettromagnetica che inizia come luce e si propaga tramite "plasmoni oscuri, "secondo i ricercatori della Rice University.

Un nuovo articolo sulla rivista dell'American Chemical Society Nano lettere mostra come anche raccolte disordinate di nanoparticelle in array sottili come 150 nanometri possono essere trasformate in guide d'onda e trasmettere segnali di un ordine di grandezza migliore di quanto siano stati in grado di ottenere i precedenti esperimenti. Un efficiente trasferimento di energia su scala micrometrica può migliorare notevolmente i dispositivi optoelettronici.

Il laboratorio di riso di Stephan Link, un assistente professore di chimica e ingegneria elettrica e informatica, ha sviluppato un modo per "stampare" linee sottili di nanoparticelle d'oro su vetro. Queste linee di nanoparticelle possono trasmettere un segnale da una nanoparticella all'altra su molti micron, molto più lontano dei precedenti tentativi e più o meno equivalente ai risultati osservati usando i nanofili d'oro.

Le geometrie complesse della guida d'onda sono molto più facili da produrre con catene di nanoparticelle, ha detto collegamento. Lui e il suo team hanno usato un fascio di elettroni per tagliare piccoli canali in un polimero su un substrato di vetro per dare la forma alle linee di nanoparticelle. Le nanoparticelle d'oro sono state depositate nei canali tramite forze capillari. Quando il resto del polimero e le nanoparticelle vaganti sono state lavate via, le linee sono rimaste, con le particelle a pochi nanometri di distanza.

I plasmoni sono onde di elettroni che si muovono sulla superficie di un metallo come l'acqua in uno stagno quando sono disturbati. Il disturbo può essere causato da una sorgente elettromagnetica esterna, come la luce. Le nanoparticelle adiacenti si accoppiano tra loro dove i loro campi elettromagnetici interagiscono e consentono a un segnale di passare da una all'altra.

Link ha detto che i plasmoni oscuri possono essere definiti come quelli che non hanno momento di dipolo netto, che li rende incapaci di accoppiarsi alla luce. "Ma queste modalità non sono totalmente oscure, soprattutto in presenza di disordine, " disse. "Anche per i modi subradianti, c'è una piccola oscillazione di dipolo.

"La nostra tesi è che se puoi accoppiare questi modi subradianti, la perdita di dispersione è minore e la propagazione del plasmone è sostenuta su distanze maggiori, " Link ha detto. "Pertanto, miglioriamo il trasporto di energia su distanze molto più lunghe di quanto è stato fatto prima con le catene di particelle metalliche".

Per vedere quanto lontano, Link e il suo team hanno rivestito le linee lunghe 15 micron con un colorante fluorescente e hanno utilizzato un metodo di fotosbiancamento sviluppato nel suo laboratorio per misurare fino a che punto i plasmoni, eccitato da un laser ad un'estremità, propagare. "Lo smorzamento della propagazione plasmonica è esponenziale, " ha detto. "A quattro micron, hai un terzo del valore di intensità iniziale.

"Mentre questa distanza di propagazione è breve rispetto alle tradizionali guide d'onda ottiche, nei circuiti miniaturizzati è sufficiente coprire scale di piccola lunghezza. Potrebbe essere possibile eventualmente applicare al sistema un amplificatore che allungherebbe la distanza di propagazione, " Link ha detto. "In termini di ciò che la gente pensava fosse possibile con le catene di nanoparticelle, quello che abbiamo fatto è già un miglioramento significativo".

Link ha detto che i nanofili d'argento hanno dimostrato di trasportare un'onda plasmonica meglio dell'oro, fino a 15 micron, circa un sesto della larghezza di un capello umano. "Sappiamo che se proviamo le nanoparticelle d'argento, possiamo propagarci molto più a lungo e, si spera, farlo in strutture più complesse, " ha detto. "Potremmo essere in grado di utilizzare queste guide d'onda di nanoparticelle per collegarci ad altri componenti come i nanofili in configurazioni che non sarebbero possibili altrimenti".