Un nuovo tipo di "nanotweezer" in grado di posizionare piccoli oggetti in modo rapido e preciso e congelarli in posizione potrebbe consentire metodi di rilevamento su nanoscala migliorati e aiutare la ricerca a produrre tecnologie avanzate come computer quantistici e display ad altissima risoluzione.

Il dispositivo, fabbricato presso il Birck Nanotechnology Center della Purdue University, utilizza una "nanoantenna" cilindrica d'oro con un diametro di 320 nanometri, o circa 1/300 della larghezza di un capello umano. Le strutture concentrano e assorbono la luce, determinando "punti caldi plasmonici" e rendendo possibile manipolare oggetti su scala nanometrica sospesi in un fluido.

"L'approccio proposto consente l'implementazione immediata di una miriade di interessanti applicazioni, " disse Alessandra Boltasseva, professore associato di ingegneria elettrica e informatica.

I risultati sono dettagliati in un documento che appare online in Nanotecnologia della natura lunedì (2 novembre).

I dispositivi plasmonici sfruttano nuvole di elettroni chiamate plasmoni di superficie per manipolare e controllare la luce. Le potenziali applicazioni per il nanotweezer includono sensori su nanoscala a sensibilità migliorata e lo studio di nanooggetti sintetici e naturali, inclusi virus e proteine; creazione di "nanoassemblaggi" per materiali plasmonici che potrebbero abilitare una serie di tecnologie avanzate; display "optofluidici" ad altissima risoluzione; e circuiti plasmonici per unità logiche quantistiche.

Il nanotweezer potrebbe essere utilizzato per creare dispositivi contenenti particelle di nanodiamante o altre strutture a emissione di luce su scala nanometrica che possono essere utilizzate per migliorare la produzione di singoli fotoni, cavalli di battaglia dell'elaborazione quantistica delle informazioni, che potrebbe portare computer superiori, crittografia e tecnologie della comunicazione.

I computer convenzionali utilizzano gli elettroni per elaborare le informazioni. Però, le prestazioni potrebbero essere aumentate considerevolmente impiegando le proprietà quantistiche uniche di elettroni e fotoni, disse Vladimir M. Shalaev, co-direttore di un nuovo Purdue Quantum Center, direttore scientifico di nanofotonica presso il Birck Nanotechnology Center e un illustre professore di ingegneria elettrica e informatica.

"Il sistema nanotweezer ha dimostrato di causare convezione in fluidi su richiesta, con conseguente trasporto di nanoparticelle al micrometro al secondo sfruttando una singola nanoantenna plasmonica, che fino ad ora si pensava impossibile, " ha detto il dottorando Justus C. Ndukaife.

Ricerche precedenti avevano dimostrato che la convezione utilizzando una singola nanoantenna plasmonica era troppo debole per indurre una convezione così forte, inferiore a 10 nanometri al secondo, che non può tradursi in un trasporto netto di particelle sospese.

Però, i ricercatori della Purdue hanno superato questa limitazione, aumentare la velocità di trasporto delle particelle di 100 volte applicando un campo elettrico a corrente alternata insieme al riscaldamento della nanoantenna plasmonica utilizzando un laser per indurre una forza molto più forte di quanto altrimenti possibile.

"L'intensità del campo elettromagnetico locale è molto migliorata, oltre 200 volte, nell'hotspot plasmonico, " Ha detto Ndukaife. "La cosa interessante di questo sistema è che non solo possiamo intrappolare le particelle, ma anche svolgere compiti utili perché abbiamo questi punti caldi. Se porto una particella nell'hotspot posso fare misurazioni, e il rilevamento è migliorato perché si trova in un punto caldo."

La nuova nanotweezer ibrida combina una luce laser nel vicino infrarosso e un campo elettrico, inducendo un "flusso elettrotermoplasmonico".

"Quindi, una volta spento il campo elettrico il laser tiene in posizione le particelle, quindi può funzionare in due modalità. Primo, il trasporto veloce in corrente alternata, e poi spegni il campo elettrico e va in modalità tweezing plasmonica, " Egli ha detto.

I ricercatori della Purdue sono i primi a indurre il flusso elettrotermoplasmonico utilizzando strutture plasmoniche.

Il sistema permette inoltre di creare pattern per proiettare immagini, potenzialmente per display con risoluzione ultra fine.

Il laser intrappola le particelle, permettendo di posizionarli con precisione. La tecnica è stata dimostrata con particelle di polistirene.