Bimetallisk nanoantenne adskiller lysfarver

Forskere ved Chalmers Tekniske Universitet har bygget en meget simpel nanoantenne, der leder røde og blå farver i modsatte retninger, selvom antennen er mindre end lysets bølgelængde. Resultaterne - offentliggjort i onlinetidsskriftet Naturkommunikation denne uge – kan føre til, at optiske nanosensorer kan detektere meget lave koncentrationer af gasser eller biomolekyler.

En struktur, der er mindre end bølgelængden af ​​synligt lys (390-770 nanometer), burde ikke rigtig kunne sprede lys. Men det er præcis, hvad den nye nanoantenne gør. Chalmers-forskernes trick er at bygge en antenne med en asymmetrisk materialesammensætning, skabe optiske faseskift.

Antennen består af to nanopartikler med cirka 20 nanometers mellemrum på en glasoverflade, en af ​​sølv og en af ​​guld. Eksperimenter viser, at antennen spreder synligt lys, så røde og blå farver er rettet i modsatte retninger.

"Forklaringen på dette eksotiske fænomen er optiske faseskift, " siger Timur Shegai, en af ​​forskerne bag opdagelsen. "Årsagen er, at nanopartikler af guld og sølv har forskellige optiske egenskaber, især forskellige plasmonresonanser. Plasmonresonans betyder, at nanopartiklernes frie elektroner svinger kraftigt i takt med lysets frekvens, hvilket igen påvirker lysudbredelsen, selvom antennen er så lille."

Den metode, som Chalmers-forskerne brugte til at styre lyset ved at bruge asymmetrisk materialesammensætning – som sølv og guld – er helt ny. Det er nemt at bygge denne slags nanoantenne; forskerne har vist, at antennerne kan fremstilles tæt over store områder ved hjælp af billig kolloid litografi.

Forskningsfeltet for nanoplasmonik er et hastigt voksende område, og handler om at kontrollere, hvordan synligt lys opfører sig på nanoskala ved hjælp af en række forskellige metal-nanostrukturer. Forskere har nu en helt ny parameter - asymmetrisk materialesammensætning - at udforske for at kontrollere lyset.

Nanoplasmonics kan anvendes på en række forskellige områder, siger Mikael Käll, professor i forskergruppen på Chalmers.

"Et eksempel er optiske sensorer, hvor man kan bruge plasmoner til at bygge sensorer, som er så følsomme, at de kan registrere meget lavere koncentrationer af toksiner eller signalstoffer, end det er muligt i dag. Dette kan involvere påvisning af enkelte molekyler i en prøve, for eksempel, at diagnosticere sygdomme på et tidligt tidspunkt, som letter en hurtig behandlingsstart."