Nanobelter understøtter manipulation af lys

(PhysOrg.com)-De ligner 2-by-4s, men de materialer, der skabes i et Rice University -laboratorium, er mere velegnede til konstruktion med lys.

Forskeren Jason Hafner kalder dem "nanobelter, "Mikroskopiske guldstrimler, der kunne blive en del af meget afstembare sensorer eller nanomedicinske enheder.

Hafner, lektor i fysik og astronomi og kemi, og hans kolleger rapporterede deres opdagelse online i denne uge i American Chemical Society journal Nano bogstaver .

Nanobelter repræsenterer en unik måde at manipulere lys i mikroskopisk skala. De forbinder mindre nanopartikler som guldnanoroder og nanoskaller, der kan indstilles til at absorbere lys stærkt ved bestemte bølgelængder og derefter styre lyset rundt eller udsende det i bestemte retninger.

Effekten skyldes overfladeplasmoner, som opstår, når frie elektroner i et metal eller dopet dielektrikum interagerer stærkt med lys. Når du bliver bedt om det af en laser, solen eller en anden energikilde, de svinger som krusninger på en dam og genudsender energi enten som lys eller varme. De er fokus for meget forskning for deres potentielle fordele i biomedicinske applikationer, molekylær sansning og mikroelektronik.

Nanobelter er unikke, fordi de plasmoniske bølger forekommer på tværs af deres bredde, ikke i længden, Sagde Hafner. "Min intuition siger, at det ikke er sandsynligt. Hvorfor vil du få en skarp resonans i den korte retning, når elektronerne kan gå længe? Men det er det, der sker."

Nanobelter spreder lys ved en bestemt bølgelængde (eller farve), afhængigt af størrelsesforholdet mellem deres tværsnit - bredde divideret med højde. Det gør dem meget indstillelige, Hafner sagde, ved at kontrollere dette formatforhold.

Han var hurtig til at påpege, at hans laboratorium ikke lavede de første guldnanobelter. "Vi søgte først i litteraturen efter en måde at lave en struktur, der kunne have en skarp resonans, fordi vi ønskede en stor feltforbedring, " han sagde, henviser til en teknik, han bruger til at karakterisere lokalmiljøets effekt på nanopartikelemissioner.

Teamet fandt, hvad det ledte efter i et Langmuir -papir fra 2008 af et team fra Peking University. "De lavede den samme struktur, men de kiggede ikke for tæt på de optiske egenskaber, "sagde han." De gjorde smukt arbejde for at opdage krystalstrukturen og vækstretningen, og de demonstrerede brugen af ​​nanobelter i katalyse.

"Så snart vi så på prøven i et mørkfeltmikroskop, vi så øjeblikkeligt farver. Vi kunne bare ikke tro det. "

Hafner, en risalun fra 1996, der studerede hos afdøde nobelpristager Richard Smalley, sagde at dyrke nanobelter er en langsom proces. Det tager 12 timer at syntetisere et parti nanobælter, som ser ud til at vokse i klynger fra en central kerne.

Teamet har vokset nanobelter op til 100 mikron lange, der spænder fra grundlæggende firkantede tværsnit-25 x 25 nanometer-til fladtrykte, 100 nanometer bredt og 17 nanometer højt. De fandt ud af, at den fladere nanobelt, jo mere skiftede det spredte lys mod rødt.

"Folk har studeret elektroner, der bevæger sig langt i denne slags materialer, men når de bliver for lange, detonerer resonanserne ud af det synlige, og toppene bliver så brede, at der ikke længere er nogen skarp resonans, "Sagde Hafner." Vi går over nanobæltet, så længden er ligegyldig. Nanobæltet kunne være en meter langt og stadig vise skarp plasmonresonans. "

Medforfattere af papiret er kandidatstuderende Lindsey Anderson, Courtney Payne og Yu-Rong Zhen og Peter Nordlander, professor i fysik og astronomi og i el- og computerteknik.