La combinazione dell’elettronica con la luce infrarossa può consentire l’utilizzo di dispositivi piccoli, veloci e sensibili per il rilevamento, l’imaging e la segnalazione a livello molecolare. Tuttavia, nello spettro infrarosso, i materiali devono soddisfare severi requisiti di qualità per i loro cristalli al fine di soddisfare i requisiti per queste funzioni.
Ora, i ricercatori hanno trovato un modo migliore per realizzare cristalli di alta qualità che risuonano fortemente con la luce infrarossa. Hanno testato questi nanocristalli a forma di nastro ("nanoribbon") utilizzando un'esclusiva sonda a infrarossi. I nanonastri hanno la più alta qualità misurata finora riportata per tali materiali. Questa qualità rende i cristalli ottime prospettive per l'uso in dispositivi a infrarossi ad alte prestazioni.
Nel loro studio, pubblicato su ACS Nano nel 2022, i ricercatori hanno realizzato i nanonastri utilizzando un approccio chiamato deposizione di vapore di fiamma (FVD). FVD è veloce, economico e scalabile. Migliora un metodo precedente che utilizzava il nastro adesivo per staccare gli strati di materiale da un materiale sfuso. Inoltre, il FVD non richiede trattamenti aggiuntivi che possano danneggiare e contaminare i cristalli, riducendone la qualità.
I nanonastri prodotti utilizzando FVD hanno bordi paralleli eccezionalmente lisci che funzionano come superfici riflettenti. Ciò consente ai nanonastri di agire naturalmente come cavità di risonanza ideali per le onde vibrazionali stazionarie. Il lavoro consente la produzione diretta, rapida e scalabile di risonatori a infrarossi di alta qualità per la ricerca e lo sviluppo.
Utilizzando FVD, i ricercatori hanno sviluppato nanonastri di ossido di molibdeno (MoO3 ), un materiale che presenta proprietà potenzialmente utili per sintonizzare le sue risonanze sulle frequenze della luce infrarossa. Hanno controllato le dimensioni e le forme dei campioni sintetizzati variando la temperatura, la concentrazione di molibdeno e il tempo.
Per misurare la qualità di questi nanorisonatori, i ricercatori hanno utilizzato la nano-spettroscopia a infrarossi del sincrotrone (SINS) presso l’Advanced Light Source, una struttura utente dell’Ufficio scientifico del Dipartimento dell’Energia (DOE) presso il Lawrence Berkeley National Laboratory. SINS utilizza la punta di un microscopio a forza atomica per focalizzare i raggi di luce infrarossa provenienti dalla radiazione di sincrotrone fino a una dimensione del punto inferiore alla lunghezza d'onda della luce infrarossa.
Le mappe di risonanza risultanti caratterizzano completamente per la prima volta la risposta infrarossa a banda ultralarga del MoO3 sintetizzato da FVD nanonastri con elevata risoluzione spaziale e spettrale, che rilevano modalità di risonanza oltre il 10° ordine. I fattori di qualità, una misura della nitidezza delle risonanze, forniscono una chiara prova dell'elevata qualità cristallina dei nanonastri sintetizzati.
Ulteriori informazioni: Shang-Jie Yu et al, risonatori polaritonici a infrarossi di altissima qualità basati su nanoribbon van der Waals sintetizzati dal basso verso l'alto, ACS Nano (2022). DOI:10.1021/acsnano.1c10489
Informazioni sul giornale: ACS Nano
Fornito dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti
