È noto che alcune nanostrutture metalliche esibiscono una caratteristica spettrale nettamente asimmetrica. Questa caratteristica, nota come risonanza di Fano, ha attirato una notevole attenzione per il suo potenziale nelle applicazioni di rilevamento.

La risonanza fano è causata dall'interferenza di due automodi (modi di eccitazione degli elettroni), quindi la sua forma e lunghezza d'onda sono sensibili a lievi variazioni nell'ambiente. Un piccolo cambiamento nell'indice di rifrazione, Per esempio, potrebbe portare a un grande cambiamento nella risonanza di Fano.

Finora, la maggior parte delle strutture metalliche utilizzate per generare le risonanze di Fano sono state realizzate in oro. La lunghezza d'onda di tali risonanze di Fano è tipicamente nella regione dell'infrarosso, che non è l'ideale per applicazioni di rilevamento pratiche. Jing Bo Zhang e collaboratori dell'A*STAR Data Storage Institute hanno ora proposto una nanostruttura ad anello a doppio disco d'argento per generare risonanza Fano nel campo visibile.

La nanostruttura comprende un anello a doppio disco costituito da due dischi d'argento, misurando decine di nanometri di larghezza, posto all'interno di un anello d'argento. I ricercatori hanno calcolato le modalità ottiche delle strutture utilizzando il metodo del dominio del tempo alle differenze finite (FDTD). Hanno scoperto che l'accoppiamento tra uno degli automodi a doppio disco e uno degli automodi ad anello produce una risonanza di Fano appena al di sotto dei 700 nanometri di lunghezza d'onda, ben all'interno dello spettro visibile.

La forma e la lunghezza d'onda della risonanza di Fano possono essere finemente sintonizzate variando i parametri geometrici che definiscono la struttura ad anello a doppio disco. La capacità chiave di un sensore di biomolecole è la sua reazione a un cambiamento nell'ambiente circostante. I calcoli hanno mostrato che aumentando l'indice di rifrazione dell'ambiente, la risonanza di Fano è fortemente spostata verso il rosso. Questo per simulare un caso in cui un sottile strato di materiale dielettrico, come uno strato di biomolecole specifiche, si presume che copra la nanostruttura.

I calcoli erano promettenti ma dovevano essere verificati sperimentalmente. I ricercatori hanno utilizzato la litografia a fascio di elettroni e le corrispondenti tecniche di nanoelaborazione per fabbricare anelli a doppio disco d'argento su quarzo e hanno effettivamente osservato la risonanza di Fano nella gamma della luce visibile.

L'osservazione della risonanza di Fano e della sua sensibilità ai cambiamenti ambientali nel campo del visibile è un risultato importante per le applicazioni di rilevamento. I ricercatori mirano a migliorare ulteriormente la progettazione della nanostruttura. “Abbiamo già determinato e fabbricato la geometria ottimale delle strutture ad anello a doppio disco per il biorilevamento, "dice Zhang. "Successivamente funzionalizzeremo chimicamente la superficie della struttura per esaminare e migliorare sperimentalmente il potere di rilevamento".