Masoud Kaveh-Baghbadorani, uno studente di dottorato nel Dipartimento di Fisica della UC, conduce ricerche per migliorare le prestazioni dei dispositivi plasmonici.
E se un giorno, il tuo computer, La TV o lo smartphone potrebbero elaborare i dati con onde luminose anziché con corrente elettrica, rendendo quei dispositivi più veloci, più economico e più sostenibile grazie a un minor consumo di calore ed energia? Questa è solo una possibilità che un giorno potrebbe derivare da una collaborazione di ricerca internazionale che sta esplorando come migliorare le prestazioni dei dispositivi plasmonici.
La ricerca guidata da Masoud Kaveh-Baghbadorani, uno studente di dottorato presso il Dipartimento di Fisica dell'Università di Cincinnati, sarà presentato il 5 marzo all'incontro dell'American Physical Society a San Antonio, Texas.
I ricercatori stanno studiando la manipolazione della luce nelle nanostrutture plasmoniche utilizzando la sfasamento e la dinamica di popolazione delle coppie elettrone-lacuna in metallo rivestito, nanofili semiconduttori core-shell. La tecnica minimizzerebbe la perdita di energia e la produzione di calore. La ricerca si concentra sulla guida della luce attraverso pellicole metalliche di spessore nanometrico – circa mille volte più sottili di un capello umano – per propagare la luce con onde plasmoniche, un'oscillazione cumulativa di elettroni.
La plasmonica è un campo di ricerca emergente, ma presenta limitazioni dovute alle elevate perdite di resistività nei film metallici. Kaveh-Baghbadorani ha esplorato lo sviluppo di nanofili ibridi metallo/semiconduttore organico che funzionano come una pompa di energia per compensare le perdite di energia nel rivestimento metallico.
"Abbiamo provato questo con una lega d'argento, ora lo stiamo provando con l'oro. Lo scopo è capire meglio e provare a modellare come l'energia viene trasferita dal nanofilo semiconduttore al metallo. Ci sono molte variabili diverse qui per comprendere meglio questo trasferimento di energia o accoppiamento di energia, " spiega Kaveh-Baghbadorani. "Stiamo lavorando per migliorare l'accoppiamento tra i nanofili semiconduttori e il rivestimento metallico".
Oltre a utilizzare un metallo diverso, i ricercatori stanno anche utilizzando un allineamento verticale delle strutture di nanofili. Hanno anche sviluppato un metodo per circondare completamente i nanofili con strati di pellicole d'oro spesse 10 nanometri. Un materiale organico inserito funge da strato distanziatore per controllare il trasferimento di energia dal nanofilo al metallo.
"Il metallo provoca perdite di resistività elevate, " spiega il co-ricercatore Hans Peter-Wagner, un professore di fisica della UC e consigliere di Kaveh-Baghbadorani. "Vogliamo superare queste perdite pompando energia da eccitoni di nanofili, o eccitazioni elettroniche, nel metallo. Questo è il motivo per cui facciamo questa ricerca".
La ricerca sta anche esplorando l'effetto dell'utilizzo di diversi spessori dello strato distanziatore organico sull'accoppiamento energetico.
Masoud Kaveh-Baghbadorani, sinistra, e consigliere Hans Peter-Wagner, un professore di fisica dell'UC.
"Quando usiamo diversi materiali organici nella struttura plasmonica, possiamo prolungare la durata dei portatori di carica eccitati, quindi possono viaggiare più a lungo all'interno della struttura prima di essere catturati dal metallo, " dice Kaveh-Baghbadorani. "Modificando lo spessore del distanziatore organico, possiamo controllare il processo di trasferimento di energia."
Le applicazioni future potrebbero includere prestazioni più veloci e migliorate di computer e altri dispositivi elettronici intelligenti, celle solari o addirittura portano a una super lente che si traduce in un grande miglioramento dell'attuale generazione di microscopi. "Siamo lontani dall'essere alla fine delle potenziali applicazioni di questa ricerca e pensare costantemente a nuovi usi. Il campo della ricerca è estremamente ricco, non c'è fine in vista, "dice Wagner.
