(Phys.org) — I ricercatori dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign hanno sviluppato array di minuscole nano-antenne che possono consentire il rilevamento di molecole che risuonano nello spettro infrarosso (IR).

"L'identificazione delle molecole rilevando le loro risonanze di assorbimento uniche è molto importante per il monitoraggio ambientale, controllo dei processi industriali e applicazioni militari, " ha detto il capo squadra Daniel Wasserman, un professore di ingegneria elettrica e informatica. Wasserman fa anche parte del Micro and Nano Technology Laboratory dell'Illinois.

Le industrie alimentari e farmaceutiche utilizzano la luce per rilevare i contaminanti e garantire la qualità. La luce interagisce con i legami nelle molecole, che risuonano a frequenze particolari, dando a ciascuna molecola una "impronta digitale spettrale". Molte molecole e materiali risuonano più fortemente nell'estremità IR dello spettro, che ha lunghezze d'onda della luce molto lunghe, spesso più grandi delle molecole stesse.

"Le firme di assorbimento di alcune delle molecole di interesse per queste applicazioni possono essere piuttosto deboli, e mentre passiamo ai materiali su nanoscala, può essere molto difficile vedere l'assorbimento da volumi inferiori alla lunghezza d'onda della luce, " Wasserman ha detto. "È qui che le nostre superfici dell'array di antenne potrebbero avere un impatto significativo".

Altri sistemi di antenne su nanoscala non possono essere sintonizzati su una lunghezza d'onda della luce più lunga a causa dei limiti dei tradizionali materiali per nanoantenna. Il team dell'Illinois ha utilizzato semiconduttori altamente drogati, cresciuto con una tecnica chiamata epitassia a fascio molecolare che viene utilizzata per realizzare laser e rivelatori IR.

"Abbiamo dimostrato che le nanostrutture fabbricate da semiconduttori altamente drogati agiscono come antenne nell'infrarosso, "ha detto Stephanie Law, un ricercatore post-dottorato in Illinois e l'autore principale del lavoro. "Le antenne concentrano questa luce a lunghezze d'onda molto lunghe in volumi di lunghezze d'onda ultra-sub, e può essere utilizzato per rilevare molecole con risonanze di assorbimento molto deboli."

Gli array di antenne a semiconduttore consentono alla luce a lunga lunghezza d'onda di interagire fortemente con campioni su nanoscala, quindi gli array potrebbero migliorare il rilevamento di piccoli volumi di materiali con uno spettrometro IR standard, già un'apparecchiatura comune in molti laboratori industriali e di ricerca.

I ricercatori hanno ulteriormente dimostrato la loro capacità di controllare la posizione e la forza della risonanza dell'antenna regolando le dimensioni della nanoantenna e le proprietà del materiale semiconduttore.

Il gruppo continuerà a esplorare nuove forme e strutture per migliorare ulteriormente l'interazione luce-materia su scale molto piccole e per integrare potenzialmente questi materiali con altri sistemi di rilevamento.

"Stiamo cercando di integrare queste strutture di antenne con dispositivi optoelettronici per rendere più efficienti, più piccoli, componenti optoelettronici per applicazioni di rilevamento e sicurezza, " disse Wasserman.

Il documento è intitolato "Nanoantenne plasmoniche a semiconduttori per il rilevamento a infrarossi".