Progressi nello sviluppo di dispositivi nanofotonici in grado di resistere a temperature elevate e condizioni difficili per applicazioni tra cui l'archiviazione dei dati, rilevamento, l'assistenza sanitaria e l'energia dipenderanno dall'adozione da parte della comunità di ricerca e dell'industria di nuovi materiali "ceramici plasmonici", secondo un commento questa settimana sul giornale Scienza .

In un promettente approccio nanofotonico, la plasmonica, le nuvole di elettroni chiamate plasmoni di superficie vengono utilizzate per manipolare e controllare la luce su scala nanometrica. I dispositivi plasmonici in fase di sviluppo si basano spesso sull'uso di metalli come oro e argento, che non sono pratici per la maggior parte delle applicazioni industriali perché non sono in grado di sopportare il riscaldamento estremo e altre condizioni difficili. Inoltre, non sono compatibili con il processo di produzione complementare metallo-ossido-semiconduttore (CMOS) utilizzato per costruire circuiti integrati.

Ora i ricercatori stanno proponendo l'uso di ceramiche plasmoniche come nitruro di titanio e nitruro di zirconio invece di oro e argento.

"Abbiamo recentemente dimostrato che le ceramiche plasmoniche offrono proprietà simili all'oro ma hanno vantaggi che questi metalli nobili non hanno, " disse Alessandra Boltasseva, professore associato di ingegneria elettrica e informatica alla Purdue University.

È stata co-autrice di un articolo di Perspectives questa settimana in Scienza con Vladimir M. Shalaev, direttore scientifico di nanofotonica presso il Birck Nanotechnology Center di Purdue e illustre professore di ingegneria elettrica e informatica.

I materiali ceramici plasmonici sono promettenti per vari potenziali progressi, compresa la registrazione e l'archiviazione di dati molto più densi di quanto non sia ora possibile; sensori in grado di resistere alle alte temperature per le industrie petrolifere e del gas; nuovi tipi di sistemi di raccolta della luce e recupero dell'energia di scarto; circuiti elettronici che sfruttano la luce per elaborare le informazioni; e il trattamento del cancro.

"Potrebbero passare solo pochi anni prima di avere alcuni dispositivi e nuove funzionalità rese possibili dalla plasmonica, " disse Boltasseva.

Shalaev e Boltasseva fondarono Nano-Meta Technologies Inc. nel Purdue Research Park, e stanno lavorando per sviluppare una nuova tecnologia per la registrazione dei dati nei dischi rigidi dei computer basata sulla registrazione magnetica assistita dal calore, o HAMR; solare termofotovoltaico, in cui uno strato ultrasottile di "metamateriali" plasmonici potrebbe migliorare l'efficienza delle celle solari; e un nuovo approccio terapeutico clinico che utilizza nanoparticelle per il trattamento del cancro.

HAMR potrebbe consentire di registrare dati su una scala ridotta senza precedenti utilizzando "nanoantenne" e aumentare da 10 a 100 volte la quantità di dati che possono essere archiviati su un disco magnetico standard, ha detto Shalaev.

Nella terapia del cancro, le nanoparticelle vengono iniettate nel flusso sanguigno e si aggregano attorno ai tumori. Quando esposto a una fonte di luce, si scaldano, uccidere le cellule tumorali. Però, le particelle d'oro rappresentano una sfida perché devono essere modellate in forme geometriche specifiche come "nanoshells, "o non funzioneranno.

"Ma con il nitruro di titanio possiamo usare particelle semplici e piccole come le nanosfere, e funzioneranno altrettanto bene delle complesse geometrie richieste per l'oro, " disse Boltasseva.

Altre potenziali applicazioni includono minuscoli fotorivelatori e interconnessioni luminose e modulatori abbastanza piccoli da adattarsi a chip elettronici.