Manipolazione della polarizzazione della luce resa possibile dalla compensazione di fase nella risposta elettrica di una nanoantenna magnetoplasmonica controllata attraverso un preciso disegno della risonanza LPRS indotta dall'attività magneto-ottica (MO-LSPR) del materiale ferromagnetico costituente (Ni) e sfruttamento dell'effetto per il rilevamento molecolare ultrasensibile.
Si prevede che i sistemi che consentono il rilevamento a livello molecolare senza etichetta avranno un impatto enorme sulle scienze biochimiche. La ricerca si concentra su materiali e tecnologie basate sullo sfruttamento dell'accoppiamento della luce con oscillazioni elettroniche di carica, le cosiddette risonanze plasmoniche di superficie localizzate, in antenne metalliche nanostrutturate. La ragione di questa attenzione focalizzata è la loro idoneità al rilevamento di singole molecole, derivanti dal volume di rilevamento intrinsecamente nanoscopico e l'elevata sensibilità all'ambiente locale. Di solito i metalli utilizzati per costruire tali nanoantenne sono oro o argento. Accoppiare efficacemente la luce in plasmoni localizzati con metalli ferromagnetici come il nichel o il cobalto è stato a lungo considerato in pratica impossibile.
Alcuni anni fa una collaborazione tra i gruppi di nanomagnetismo e nanoottica in nanoGUNE ha dimostrato che le nanoantenne ferromagnetiche supportano plasmoni localizzati, e, allo stesso tempo, mostrano una notevole attività magneto-ottica sotto l'applicazione di campi magnetici esterni. L'idea di unire luce e magnetismo su scala nanometrica utilizzando plasmoni led, nell'ultimo decennio, al campo in rapido sviluppo della magnetoplasmonica per realizzare fenomeni e funzionalità nuovi e inaspettati per la manipolazione di stati di luce e/o spin su scala nanometrica.
Ora, un team di ricercatori del CIC nanoGUNE, in collaborazione con ricercatori della Chalmers University of Technology e dell'Università di Göteborg, hanno scoperto un nuovo modo di rilevamento ottico, utilizzando gli effetti magneto-ottici Kerr e Faraday in nanoantenne ferromagnetiche. Hanno recentemente mostrato in un lavoro pubblicato in Comunicazioni sulla natura come la compensazione di fase progettata nella risposta elettromagnetica delle nanostrutture magnetoplasmoniche consente loro di agire come sensori a livello molecolare senza etichette ultrasensibili con elevate cifre di merito, cioè. grandi prestazioni di rilevamento con straordinario rapporto segnale/rumore. Più notevolmente, hanno mostrato una sensibilità superficiale grezza (cioè, senza applicare alcuna procedura di fitting) di due ordini di grandezza superiori agli attuali valori riportati per i sensori nanoplasmonici. Tale sensibilità corrisponde ad una massa di 0,8 ag per nanoantenna di poliammide-6,6, che è rappresentativo per una grande varietà di polimeri, peptidi, e proteine. Questo proof of concept apre la strada alla progettazione di un nuovo tipo di dispositivi pratici, che può essere attivato e controllato magneticamente per ottenere prestazioni di rilevamento molto elevate fino a un livello sub-molecolare.
La scoperta di queste capacità ultrasensibili è principalmente diretta verso la biomedicina e la diagnostica come un modo efficiente per recuperare più informazioni da una minore quantità di fluidi, come il sangue o l'urina, nonché per rilevare il siero del cancro o per studiare la dinamica delle proteine sulla funzionalizzazione della superficie. Oltre al biosensore, ci sono anche molte altre potenziali applicazioni che non richiedono la funzionalizzazione della superficie e trarrebbero enormi benefici da questo nuovo approccio, come il rilevamento chimico di materiali tossici ed esplosivi, o applicazioni di monitoraggio dello spessore ultraprecise.
