(Phys.org) -- Una nuova ricerca presso la Rice University che cerca di stabilire punti di riferimento tra particelle plasmoniche e polimeri potrebbe portare a chip per computer più piccoli, antenne migliori e miglioramenti nel calcolo ottico.

Gli scienziati dei materiali sfruttano le forti interazioni tra le sostanze chimiche per formare polimeri che si autoassemblano in modelli e sono la base delle cose che le persone usano ogni giorno. Qualsiasi cosa fatta di plastica è un buon esempio.

Ora, Gli scienziati del riso hanno dettagliato modelli simili nel modo in cui i plasmoni di superficie - "quasiparticelle" cariche che scorrono all'interno di particelle metalliche quando eccitate dalla luce - si influenzano a vicenda in catene di nanoparticelle d'oro.

I risultati del lavoro del laboratorio Rice di Stephan Link, un assistente professore di chimica e ingegneria elettrica e informatica, appaiono online sulla rivista dell'American Chemical Society Nano lettere .

Le interazioni tra piccole cose sono state molto nelle notizie ultimamente con la scoperta dei segni del bosone di Higgs e un'ampia discussione su come le particelle più elementari interagiscono per dare all'universo la sua forma. Il team di Rice studia le nanoparticelle che sono ordini di grandezza più grandi, anche se ancora così piccole da poter essere viste solo con un microscopio elettronico, con l'obiettivo di capire come si comportano le particelle elettromagnetiche più elementari all'interno.

Questo è importante per gli ingegneri elettronici alla continua ricerca di modi per ridurre le dimensioni dei chip dei computer e di altri dispositivi attraverso componenti sempre più piccoli come le guide d'onda. La capacità delle nanoparticelle di trasmettere onde che possono essere interpretate come segnali potrebbe aprire la porta a nuovi metodi per il calcolo ottico. Il lavoro può anche contribuire ad antenne e sensori più finemente sintonizzati.

Nello specifico, i ricercatori hanno cercato i modi in cui i plasmoni si influenzano a vicenda attraverso minuscoli spazi – piccoli come un nanometro – tra le nanoparticelle d'oro. L'autrice principale Liane Slaughter, uno studente laureato in riso, e i suoi colleghi hanno progettato catene di particelle da 50 nanometri in file singole e doppie che imitavano i modelli molecolari ripetuti dei polimeri. Hanno quindi esaminato i segnali superradianti e subradianti permanenti sostenuti collettivamente dai singoli assemblaggi di nanoparticelle. La composizione della catena in termini di dimensioni delle nanoparticelle, forme e posizioni determinano le frequenze della luce con cui possono interagire in modo caratteristico.

"Nella plasmonica, usiamo le singole nanoparticelle come elementi costitutivi per creare strutture di ordine superiore, " ha detto Link. "Ecco, stiamo prendendo concetti noti agli scienziati dei polimeri per analizzare le strutture di catene più lunghe di nanoparticelle che pensiamo assomiglino ai polimeri".

"La definizione fondamentale di un polimero è che è una molecola lunga le cui proprietà dipendono dall'unità di ripetizione, " Disse Slaughter. "Se cambi gli atomi che si ripetono nella catena, poi si cambiano le proprietà del polimero."

"Quello che abbiamo cambiato nelle nostre strutture di assemblaggio è stata l'unità di ripetizione - una fila di particelle singole contro un dimero (nella doppia fila) - e abbiamo scoperto che questo si adattava all'analogia con i polimeri chimici perché quel cambiamento altera molto chiaramente le interazioni lungo la catena, "Collegamento aggiunto.

This basic structure change from a single row to a double row led to pronounced differences demonstrated by additional subradiant modes and a lower energy super-radiant mode.

Two additional interesting effects seemed to be universal among the team's plasmonic polymers. One was that the energy of the super-radiant mode, which results from the interaction over the most repeat units, would characteristically decrease with the addition of nanoparticles along the length, up to about 10 particles, and then level off. "Once you have 10 repeat units, you basically see an optical spectrum that will not change very much if you make a chain with 20 or 50 repeat units, " Link said.

The other was that disorder among the repeat units – the nanoparticles – only seems to matter at the small scale. "With chemically prepared nanoparticles, there's always a distribution of sizes and perhaps shapes, " Link said. "As you bring them close together, they couple really strongly, and that's a big advantage. Ma allo stesso tempo, we can never make structures that are perfect.

"So we wanted to understand the effect of disorder, and what we found was pretty amazing:As the system grows in size, the effect of disorder is less and less important on the optical properties. That also has a strong analogy in polymers, in which disorder can be seen as chemical defects, " Egli ha detto.

"If the plasmonic interactions over the chain tolerate disorder, it gives promise to designing functional structures more economically and maybe with higher throughput, " Slaughter said. "With a whole bunch of small building blocks, even if they're not all perfectly alike, you can make a great variety of shapes and structures with broad tunability."