La plasmonica è un fenomeno ottico speciale inteso come interazione tra luce e materia e possiede diverse forme, composizioni materiali e comportamenti legati alla simmetria. La progettazione di tali strutture plasmoniche a livello nanometrico può aprire la strada a materiali ottici che rispondono all'orientamento della luce (polarizzazione), cosa che non è facilmente ottenibile nelle dimensioni sfuse e nei materiali esistenti.
A questo proposito, la "crescita dell'ombra" è una tecnica che utilizza la deposizione sotto vuoto per produrre nanoparticelle da un'ampia gamma di forme 2D e 3D su scala nanometrica. I recenti progressi della ricerca nel controllo di questo effetto ombra hanno ampliato le possibilità per la creazione di diverse nanostrutture.
Ora, in studi gemelli condotti dal professore assistente Hyeon-Ho Jeong del Gwangju Institute of Science and Technology (GIST), Repubblica di Corea, i ricercatori hanno fatto luce in modo completo sui recenti progressi nelle tecniche di crescita dell’ombra per i nanomateriali plasmonici ibridi, compresi i sistemi di clock design ispirati contenenti magnesio (Mg).
Gli studi sono stati pubblicati in Advanced Materials il 25 marzo 2022 (con Jang-Hwan Han e Doeun Kim come co-primi autori e il professor Peer Fischer e il dottor Jeong come co-autori corrispondenti) e Materiali ottici avanzati il 20 novembre 2023 (con Juhwan Kim e Jang-Hwan Han come co-primi autori e il Dr. Jeong come autore corrispondente), rispettivamente.
L'effetto ombra qui si riferisce alla presenza di aree "scure" su una superficie che sono nascoste da molecole "seme" e quindi inaccessibili per la deposizione di materiali vaporizzati, proprio come le aree d'ombra dove la luce non può raggiungere.
Elaborando ulteriormente questo aspetto, il dottor Jeong afferma:"Poiché queste aree ombreggiate sono le regioni in cui il materiale non può essere depositato, si può formare una serie di nanostrutture tridimensionali. Questa formazione dipende dalla dimensione del seme, dalla spaziatura tra i semi e l'inclinazione del supporto."
Inoltre, afferma Doeun Kim, Ph.D. studente, "La creazione di nanostrutture uniche è influenzata dall'introduzione della rotazione durante il processo, in base alla velocità, al tempo e all'angolo di rotazione, formando infine nanostrutture tridimensionali."
Nel primo studio (presentato come articolo di copertina), il team ha mostrato la produzione di varie nanostrutture utilizzando una specifica tecnica di crescita dell'ombra nota come deposizione dell'angolo di sguardo. Queste strutture mostrano proprietà ottiche sintonizzabili ottenute attraverso opportune modifiche al loro materiale, forma e ambiente circostante.
La loro revisione evidenzia inoltre un'ampia gamma di potenziali applicazioni, tra cui nano e micro-robot per la guarigione delle ferite e la somministrazione di farmaci nel corpo umano, dispositivi fotonici e spettroscopia chirale, tra gli altri.
Per lo studio successivo, il team ha creato rotameri 3D (molecole con specifiche disposizioni rotazionali) capaci sia di polarizzazione lineare che circolare, oltre a memorizzare una quantità significativa di informazioni.
Questo design ispirato all'orologio prevede il posizionamento di due nanobarre di Mg con un certo angolo modificabile, simile alle lancette delle ore e dei minuti di un orologio. Queste nanostrutture sono promettenti anche per varie applicazioni, come la verifica sicura di articoli come banconote, dispositivi anticontraffazione e display in grado di passare agli stati ottici desiderati, secondo necessità.
Parlando di questi sviluppi e immaginando il futuro della plasmonica, il dottor Jeong afferma:"Questi rotameri possono avere un potenziale utilizzo in funzioni fisicamente non clonabili, un'area attualmente oggetto di intensa ricerca per garantire robusti livelli di sicurezza dell'hardware, come PC o server."
Dottorato di ricerca Lo studente Juhwan Kim aggiunge:"In particolare, la capacità di filtrare selettivamente le sorgenti di luce UV e specifiche lunghezze d'onda visibili a seconda dello stato di polarizzazione può essere utilizzata anche in occhiali e finestre per proteggere gli occhi e la pelle bloccando i raggi UV della luce solare."
Ulteriori informazioni: Jang‐Hwan Han et al, Ingegneria della nanostruttura plasmonica con crescita dell'ombra, Materiali avanzati (2022). DOI:10.1002/adma.202107917
Juhwan Kim et al, Nano-rotameri plasmonici con colorazione risolta in polarizzazione programmabile, Materiali ottici avanzati (2023). DOI:10.1002/adom.202301730
Informazioni sul giornale: Materiali avanzati , Materiali ottici avanzati
Fornito dall'Istituto di scienza e tecnologia di Gwangju
