Il controllo delle interazioni tra luce e materia è un'ambizione di lunga data per gli scienziati che cercano di sviluppare e far progredire numerose tecnologie fondamentali per la società. Con il boom delle nanotecnologie negli ultimi anni, la manipolazione della luce su nanoscala è diventata entrambe le cose, un percorso promettente per continuare questo progresso, nonché una sfida unica dovuta a nuovi comportamenti che si manifestano quando le dimensioni delle strutture diventano paragonabili alla lunghezza d'onda della luce.

Gli scienziati del Theoretical Nanophotonics Group presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia dell'Università del New Mexico hanno fatto un nuovo entusiasmante progresso a tal fine, in uno sforzo di ricerca pionieristico intitolato "Analisi dei limiti del campo vicino prodotto da array di nanoparticelle, " pubblicato di recente sulla rivista, ACS Nano , una delle migliori riviste nel campo delle nanotecnologie. Il gruppo, guidato dall'assistente professore Alejandro Manjavacas, ha studiato come la risposta ottica di matrici periodiche di nanostrutture metalliche può essere manipolata per produrre forti campi elettrici nelle loro vicinanze.

Gli array che hanno studiato sono composti da nanoparticelle d'argento, minuscole sfere d'argento centinaia di volte più piccole dello spessore di un capello umano, posto in uno schema ripetuto, sebbene i loro risultati si applichino anche a nanostrutture fatte di altri materiali. A causa delle forti interazioni tra ciascuna delle nanosfere, questi sistemi possono essere utilizzati per diverse applicazioni, che vanno dal vivido, dalla stampa a colori ad alta risoluzione al biosensore che potrebbe rivoluzionare l'assistenza sanitaria.

"Questo nuovo lavoro aiuterà a far progredire le numerose applicazioni degli array di nanostrutture fornendo informazioni fondamentali sul loro comportamento, " afferma Manjavacas. "I miglioramenti del campo vicino che prevediamo potrebbero essere un punto di svolta per tecnologie come il biosensore ultrasensibile".

Manjavacas e la sua squadra, composta da Lauren Zundel e Stephen Sanders, entrambi dottorandi del Dipartimento di Fisica e Astronomia, modellato la risposta ottica di questi array, trovare nuovi entusiasmanti risultati. Quando gli array periodici di nanostrutture sono illuminati dalla luce, ciascuna delle particelle produce una risposta forte, quale, a sua volta, si traduce in enormi comportamenti collettivi se tutte le particelle possono interagire tra loro. Questo accade a determinate lunghezze d'onda della luce incidente, che sono determinati dalla spaziatura interparticellare dell'array, e può provocare campi elettrici che sono migliaia, o anche decine di migliaia, di volte quella della luce ha brillato sulla matrice.

La forza di questo miglioramento del campo dipende dalle proprietà geometriche dell'array, come la distanza tra le nanosfere, così come le dimensioni delle sfere stesse. Completamente controintuitivo, Manjavacas e il suo gruppo hanno scoperto che diminuendo la densità delle nanoparticelle nell'array, o aumentando la distanza tra ciascuno di essi, o diminuendone le dimensioni, produce miglioramenti di campo che non sono solo più grandi, ma si estendono più lontano dall'array.

"È stato davvero emozionante scoprire che la chiave di questi enormi miglioramenti del campo risiede nel rendere le particelle più piccole e più lontane, " dice Zundel della scoperta.

"La ragione di ciò è che le interazioni tra le nanoparticelle, e quindi la risposta collettiva, si rafforza, "Secondo Sanders.