Nanoshell-strukturer:Selvsamlingsmetoden giver materialer med unikke optiske egenskaber

Forskere fra fire amerikanske universiteter har skabt en måde at bruge Rice Universitys lysaktiverede nanoskaller som byggesten til 2-D og 3-D strukturer, der kan finde anvendelse i kemiske sensorer, nanolasere og bizarre lysabsorberende metamaterialer. Ligesom et barn kan bruge legoklodser til at bygge 3D-modeller af komplekse bygninger eller køretøjer, forskerne bruger den nye kemiske selvsamlingsmetode til at bygge komplekse strukturer, der kan fange, opbevare og bøje lys.

Forskningen vises i denne uges udgave af tidsskriftet Videnskab .

"Vi brugte metoden til at lave en struktur med syv nanoskaller, der skaber en bestemt type interferensmønster kaldet Fano-resonans, " sagde studiemedforfatter Peter Nordlander, professor i fysik og astronomi ved Rice. "Disse resonanser opstår fra ejendommelige lysbølgeinterferenseffekter, og de forekommer kun i menneskeskabte materialer. Fordi disse heptamerer er selvsamlede, de er forholdsvis nemme at lave, så dette kan have betydelige kommercielle konsekvenser. "

På grund af Fano-resonansens unikke natur, de nye materialer kan fange lys, gemme energi og bøje lys på bizarre måder, som intet naturmateriale kan. Nordlander sagde, at de nye materialer er ideelle til fremstilling af ultrafølsomme biologiske og kemiske sensorer. Han sagde, at de også kan være nyttige i nanolasere og potentielt i integrerede fotoniske kredsløb, der løber ud af lys i stedet for elektricitet.

Forskerholdet blev ledet af Harvard University anvendt fysiker Federico Capasso og inkluderede også nanoshell-opfinderen Naomi Halas, Rices Stanley C. Moore professor i elektro- og computerteknik og professor i fysik, kemi og biomedicinsk teknik.

Nordlænder, verdens førende teoretiker om nanopartikelplasmonik, havde forudsagt i 2008, at en heptamer af nanoskaller ville producere Fano-resonanser. Dette papir ansporede Capassos bestræbelser på at fremstille strukturen, sagde Nordlander.

Den nye selvmonteringsmetode udviklet af Capassos team blev også brugt til at lave magnetiske tre-nanoshell "trimere". De optiske egenskaber af disse er beskrevet i Science papiret, som også diskuterer, hvordan selvsamlingsmetoden kunne bruges til at bygge endnu mere komplekse 3D-strukturer.

Nanoshells, byggestenene, der blev brugt i den nye undersøgelse, er omkring 20 gange mindre end røde blodlegemer. Informere, de ligner maltede mælkekugler, men de er overtrukket med guld i stedet for chokolade, og deres centrum er en kugle af glas. Ved at variere størrelsen på glascentret og tykkelsen af ​​guldskallen, Halas kan skabe nanoskaller, der interagerer med specifikke bølgelængder af lys.

"Nanoskaller var allerede blandt de mest alsidige af alle plasmoniske nanopartikler, og denne nye selvmonteringsmetode til komplekse 2-D og 3-D strukturer tilføjer simpelthen til det, " sagde Halas, der har hjulpet med at udvikle en række biologiske applikationer til nanoshells, herunder diagnostiske applikationer og en minimalt invasiv procedure til behandling af cancer.