(Phys.org)—Le nanostrutture metalliche possono agire come minuscole antenne per controllare la luce poiché possono focalizzare e guidare la luce su scale più piccole. Le proprietà ottiche di queste antenne dipendono fortemente dalla loro dimensione e forma, rendendo difficile prevedere quale forma scegliere per un effetto ottico desiderato senza fare affidamento su complessi calcoli teorici. Mohsen Rahmani e collaboratori dell'A*STAR Data Storage Institute, Singapore, e l'Imperial College di Londra, UK, hanno ora sviluppato un metodo che consente la progettazione pratica e affidabile di queste nano-antenne.

Il loro metodo si basa su una nuova comprensione delle proprietà di risonanza ottica di alcuni elementi costitutivi standardizzati delle antenne che derivano dai plasmoni, i movimenti collettivi degli elettroni sulla loro superficie. "La nostra nuova comprensione cattura aspetti della progettazione del dispositivo che si estendono ben oltre i noti meccanismi di interferenza ottica e fa avanzare significativamente la nostra comprensione dello spettro di risonanza plasmonica. Ciò potrebbe portare a nuove applicazioni, " spiega Rahmani.

Alcune delle proprietà più utili delle antenne plasmoniche sorgono quando le nanostrutture metalliche vengono avvicinate l'una all'altra. Questo porta a effetti di interferenza vicino alla loro superficie che causano caratteristiche spettrali nitide, note come risonanze di Fano. Eventuali modifiche in prossimità delle nanostrutture, come l'introduzione di poche molecole o sbalzi di temperatura, possono influenzare le sensibili risonanze di Fano. Queste modifiche possono essere rilevate e utilizzate per applicazioni di rilevamento.

Tipicamente, i ricercatori utilizzano in modo iterativo modelli informatici di nanostrutture per ottimizzare la progettazione di antenne plasmoniche. Rahmani e collaboratori hanno semplificato l'approccio utilizzando subunità standardizzate di nanoparticelle chiamate oligomeri plasmonici (vedi immagine). Per esempio, hanno decostruito una struttura a forma di croce, composto da cinque punti, in due diverse subunità, una con tre punti in linea e una con quattro punti esterni. Hanno quindi determinato la risonanza plasmonica di un intero array semplicemente combinando quelle subunità.

Modellando le proprietà degli oligomeri e confrontando i loro risultati con misurazioni di spettri ottici, Rahmani ha osservato una dipendenza sistematica delle risonanze ottiche sulle singole subunità. I risultati del team suggeriscono che le proprietà ottiche di varie antenne plasmoniche possono essere progettate facilmente partendo da pochi elementi costitutivi di base.

"Le combinazioni possibili sono pressoché infinite e queste strutture potrebbero trovare molte applicazioni, " dice Rahmani. Questi vanno dai laser su scala nanometrica e interruttori ottici per le telecomunicazioni al biorilevamento. "Ora svilupperemo questi oligomeri come piattaforme di nanorilevamento per rilevare l'adsorbimento di molecole chimiche e monostrati proteici".