Selvsamlende nanokuber til næste generations antenner og linser

Forskere ved University of California, San Diego Jacobs School of Engineering har udviklet en teknik, der gør det muligt for metalliske nanokrystaller selv at samles til større, komplekse materialer til næste generations antenner og linser. Metal nanokrystallerne er kubeformede og, som mursten eller Tetris-blokke, organiserer sig spontant i større skalastrukturer med præcise orienteringer i forhold til hinanden. Deres resultater blev offentliggjort online den 10. juni i tidsskriftet Natur nanoteknologi.

Denne forskning er inden for det nye felt af nanoplasmonics, hvor forskere udvikler materialer, der kan manipulere lys ved hjælp af strukturer, der er mindre end selve lysets bølgelængde. Nanokuberne brugt i denne undersøgelse var mindre end 0,1 mikron; til sammenligning, bredden af ​​et menneskehår er 100 mikron. Præcis orientering er nødvendig, så kuberne kan begrænse lys (til en antenne i nanoskala) eller fokusere lys (til en linse i nanoskala) ved forskellige bølgelængder.

"Vores resultater kan have vigtige implikationer i udviklingen af ​​nye optiske kemiske og biologiske sensorer, hvor lys interagerer med molekyler, og i optiske kredsløb, hvor lys kan bruges til at levere information, " sagde Andrea Tao, en professor i Institut for NanoEngineering på Jacobs Skolen. Tao samarbejdede med nanoingeniørprofessor Gaurav Arya og post-doc-forsker Bo Gao.

At konstruere objekter som antenner og linser, Taos team bruger kemisk syntetiserede metal nanokrystaller. Nanokrystallerne kan syntetiseres til forskellige former for at bygge disse strukturer; i dette studie, Taos team skabte bittesmå terninger sammensat af krystallinsk sølv, der kan begrænse lys, når de er organiseret i multi-partikel grupperinger. At begrænse lyset til ultrasmå volumener kunne tillade optiske sensorer, der er ekstremt følsomme, og som kunne give forskere mulighed for at overvåge, hvordan et enkelt molekyle bevæger sig, reagerer, og ændrer sig med tiden.

For at kontrollere, hvordan kuberne organiseres, Tao og hendes kolleger udviklede en metode til at pode polymerkæder til sølvterningernes overflader, der ændrer, hvordan terningerne interagerer med hinanden. Normalt når objekter som terninger stables, de pakker side om side som Tetris blokke. Ved hjælp af simuleringer, Taos team forudsagde, at placering af korte polymerkæder på terningoverfladen ville få dem til at stable normalt, mens placering af lange polymerkæder ville få kuberne til at stable kant-til-kant. Fremgangsmåden er enkel, robust, og alsidig.

Ved at demonstrere deres teknik, forskerne skabte makroskopiske film af nanokuber med disse to forskellige orienteringer og viste, at filmene reflekterede og transmitterede forskellige bølgelængder af lys.