I ricercatori guidati dal Prof. Dr. Matthias Karg presso l'Istituto di Chimica Fisica riportano una tecnica semplice per lo sviluppo di strati di particelle altamente ordinati. Il gruppo ha lavorato con piccoli, perle polimeriche sferiche deformabili con una struttura simile all'idrogel. Gli idrogel sono gonfi d'acqua, reti tridimensionali. Tali strutture sono utilizzate come super-assorbenti in prodotti come i pannolini per bambini grazie alla loro capacità di assorbire grandi quantità di liquidi.

All'interno di queste perle di idrogel ci sono minuscole particelle d'oro o d'argento di appena pochi nanometri, che il team di Karg sintetizza all'HHU utilizzando sali metallici in un processo di riduzione. "Possiamo regolare la dimensione delle particelle d'oro in modo molto preciso perché i gusci di idrogel sono permeabili ai sali metallici disciolti, consentendo la successiva crescita eccessiva dei nuclei d'oro." La struttura di queste particelle nucleo-guscio può essere approssimativamente paragonata a quella di una ciliegia, in cui un nucleo duro è circondato da polpa morbida.

I ricercatori con sede a Duesseldorf hanno utilizzato una soluzione diluita di queste sfere di idrogel per produrre monostrati sottili. Hanno applicato le perline su una superficie d'acqua, dove uno scintillio, strato altamente ordinato autoassemblato. I ricercatori hanno trasferito questo strato dalla superficie dell'acqua su substrati di vetro; questo trasferimento fa brillare il substrato di vetro.

Guardare un tale strato con un microscopio elettronico rivela un regolare, serie di particelle ordinate esagonale. "Queste sono le particelle d'oro nei loro gusci, " spiega la dottoranda Kirsten Volk, "e vediamo che sono disposti in un unico, strato altamente ordinato." Le particelle d'oro determinano il colore dello strato riflettendo la luce visibile con determinate lunghezze d'onda, che interferisce e crea quindi l'impressione di un colore cangiante se visto da diverse angolazioni.

"Questi strati sottili sono molto interessanti per l'optoelettronica, ovvero, il trasferimento e l'elaborazione dei dati utilizzando la luce. Potrebbe anche essere possibile utilizzarli per costruire laser miniaturizzati, " dice il Prof. Karg. Questi nanolaser sono solo nanometri di dimensioni, costituendo così una tecnologia chiave nel campo della nanofotonica.

Nel loro studio pubblicato in Materiali e interfacce applicati ACS , i ricercatori con sede a Duesseldorf hanno superato un grosso ostacolo sulla strada per tali nanolaser. Hanno creato risonanze collettive nelle particelle d'oro dalla luce incidente. Ciò significa che le particelle d'oro non vengono eccitate individualmente; Invece, tutte le particelle eccitate sono in risonanza. Questa risonanza collettiva è il presupposto fondamentale per la costruzione di laser. Anche gli strati di particelle sono molto sottili.

Per applicazioni optoelettroniche e nanolaser, i modi risonanti dovranno essere ulteriormente amplificati negli strati sottili. Il prof. Karg dice, "Prossimo, proveremo ad amplificare ulteriormente la risonanza mediante drogaggio con emettitori. A lungo termine, questo potrebbe anche consentirci di realizzare nanolaser alimentati elettricamente".