Sølv -nanostrukturer udviser resonansfunktion, der er nyttig til en lang række sanseapplikationer

Visse metalliske nanostrukturer er kendt for at udvise et tydeligt asymmetrisk spektralt træk. Dette karakteristiske træk, kendt som en Fano-resonans, har tiltrukket sig en betydelig opmærksomhed på grund af dets potentiale inden for sanseapplikationer.

Fano-resonans er forårsaget af interferensen af ​​to egenmoder (elektronexcitationstilstande), så dens form og bølgelængde er følsomme over for små variationer i miljøet. En lille ændring i brydningsindekset, for eksempel, kunne føre til en stor ændring i Fano-resonansen.

Indtil nu, de fleste af de metalliske strukturer, der bruges til at generere Fano-resonanser, er lavet af guld. Bølgelængden af ​​sådanne Fano-resonanser er typisk i det infrarøde område, som ikke er ideel til praktiske sanseapplikationer. Jing Bo Zhang og kolleger ved A*STAR Data Storage Institute har nu foreslået en nanostruktur i sølv med to diske til at generere Fano-resonans i det synlige område.

Nanostrukturen omfatter en dobbeltdiskring bestående af to sølvskiver, måler snesevis af nanometer bredt, placeret inde i en sølvring. Forskerne beregnede strukturernes optiske tilstande ved hjælp af finite-difference time-domain (FDTD) metoden. De fandt ud af, at koblingen mellem en af ​​dual-disk egenmodes og en af ​​ringegenmodes frembringer en Fano-resonans lige under 700 nanometer i bølgelængde, godt inden for det synlige spektrum.

Formen og bølgelængden af ​​Fano-resonansen kan finjusteres ved at variere de geometriske parametre, der definerer dual-disk-ringstrukturen. En biomolekylesensors nøglefunktion er dens reaktion på en ændring i omgivelserne. Beregningerne viste, at ved at øge miljøets brydningsindeks, Fano-resonansen er stærkt rødforskudt. Dette er for at simulere for et tilfælde, hvor et tyndt lag af et dielektrisk materiale, såsom et lag af specifikke biomolekyler, antages at dække nanostrukturen.

Beregningerne var lovende, men skulle verificeres eksperimentelt. Forskerne brugte elektronstråle litografi og tilsvarende nanoprocesseringsteknikker til at fremstille sølv dobbelt-disk ringe på kvarts og observerede faktisk Fano resonans i det synlige lysområde.

Observation af Fano -resonansen og dens følsomhed over for miljøændringer i det synlige område er et vigtigt resultat for registrering af applikationer. Forskerne sigter mod at forbedre designet af nanostrukturen yderligere. "Vi har allerede bestemt og fremstillet den optimale geometri af ringstrukturer med dobbelte skiver til biosensing, " siger Zhang. "Dernæst vil vi funktionalisere overfladen af ​​strukturen kemisk for at undersøge og forbedre sansekraften eksperimentelt."