Figura 1:I ricercatori dell'Università di Okayama hanno creato una nuova tecnica spettroscopica IR utilizzando un metamateriale ingegnerizzato per migliorare la qualità del segnale. Le prove su un nano-film polimerico hanno mostrato un distinto assorbimento IR a livello di zeptomole, corrispondente a qualche migliaio di molecole organiche. Credito:Università di Okayama
La spettroscopia di assorbimento a infrarossi (IR) svolge un ruolo centrale nelle scienze dei materiali e della vita e nel rilevamento della sicurezza per l'analisi diretta delle impronte digitali molecolari, comprese le strutture molecolari, composizione, e ambiente.
Però, L'ispezione IR di quantità estremamente piccole di molecole è impegnativa a causa del rumore IR di fondo, quindi c'è una forte domanda per migliorare la qualità del segnale di questa tecnica.
Ora, Atsushi Ishikawa e Kenji Tsuruta all'Università di Okayama, in collaborazione con RIKEN, Giappone, hanno sviluppato un nuovo metamateriale, un materiale ottico ingegnerizzato, per manipolare la luce IR nel modo desiderato. Il metamateriale potrebbe quindi sfruttare il rumore di fondo indesiderato, aumentando così notevolmente la capacità di rilevamento finale della spettroscopia IR.
I ricercatori hanno ideato un design metamateriale asimmetrico unico, costituito da film d'oro da 20 nm su un substrato di silicio (Fig.1) per ruotare la polarizzazione, questo è l'orientamento delle oscillazioni delle onde IR, durante le misurazioni. In questo modo, le molecole attaccate al metamateriale hanno mostrato polarizzazione diversa dalle altre, ei ricercatori sono stati in grado di rilevare solo il segnale molecolare bersaglio eliminando totalmente la luce di fondo indesiderata.
Le capacità del nuovo metamateriale sono state testate identificando lo stiramento vibrazionale dei doppi legami di ossido di carbonio in un nanofilm di poli(metilmetacrilato) (PMMA). La misurazione ha mostrato un distinto assorbimento IR dello stiramento dell'ossido di carbonio, raggiungere la sensibilità allo zeptomole con una qualità del segnale notevolmente migliorata (Fig.1).
Il nuovo approccio metamateriale sviluppato dal team ha consentito misurazioni IR altamente dettagliate di minuscole molecole a livello di zeptomole, corrispondente a qualche migliaio di molecole organiche. I ricercatori si aspettano che la loro nuova tecnica apra le porte allo sviluppo di tecnologie di ispezione IR ultrasensibili per applicazioni sofisticate, come il monitoraggio ambientale e l'analisi del respiro umano per la diagnostica.
