Fleksibel designtilgang til nanosensorer, der overvinder praktiske og pålidelige spørgsmål, der nu er tilgængelige

(Phys.org) —Metal nanostrukturer kan fungere som små antenner til at kontrollere lys, da de kan fokusere og lede lys på de mindste skalaer. De optiske egenskaber for disse antenner afhænger stærkt af deres størrelse og form, gør det svært at forudsige hvilken form man skal vælge for en ønsket optisk effekt uden at stole på komplekse teoretiske beregninger. Mohsen Rahmani og kolleger ved A*STAR Data Storage Institute, Singapore, og Imperial College London, Storbritannien, har nu udviklet en metode, der giver mulighed for praktisk og pålidelig design af disse nano-antenner.

Deres metode er baseret på ny forståelse af de optiske resonansegenskaber for et par standardiserede byggesten i antennerne, der stammer fra plasmoner - de kollektive bevægelser af elektroner på deres overflade. "Vores nye forståelse fanger aspekter af enhedsdesign, der rækker langt ud over kendte optiske interferensmekanismer og fremmer vores forståelse af plasmonisk resonansspektrum betydeligt. Dette kan medføre nye applikationer, "forklarer Rahmani.

Nogle af de mest nyttige egenskaber ved plasmoniske antenner opstår, når metal nanostrukturer bringes i nærheden af ​​hinanden. Dette fører til interferenseffekter nær deres overflade, der forårsager skarpe spektrale træk, kendt som Fano -resonanser. Eventuelle ændringer i nærheden af ​​nanostrukturer, såsom introduktion af et par molekyler eller udsving i temperatur, kan påvirke de følsomme Fano -resonanser. Disse ændringer kan registreres og bruges til registrering af applikationer.

Typisk, forskere iterativt bruger computermodeller af nanostrukturer til at optimere designet af plasmoniske antenner. Rahmani og medarbejdere forenklede tilgangen ved at bruge standardiserede underenheder af nanopartikler kaldet plasmoniske oligomerer (se billede). For eksempel, de dekonstruerede en krydsformet struktur, bestående af fem prikker, i to forskellige underenheder - en med tre prikker i en linje og en med fire ydre prikker. De bestemte derefter plasmonisk resonans af et helt array simpelthen ved at kombinere disse underenheder.

Ved at modellere egenskaberne af oligomerer og sammenligne deres resultater med målinger af optiske spektre, Rahmani observerede en systematisk afhængighed af de optiske resonanser på individuelle underenheder. Teamets fund tyder på, at de optiske egenskaber ved forskellige plasmoniske antenner let kan designes ud fra blot nogle få grundlæggende byggesten.

"De mulige kombinationer er næsten uendelige, og disse strukturer kan finde mange applikationer, "siger Rahmani. Disse spænder fra nanoskala lasere og optiske switche til telekommunikation til biosensing." Vi skal nu udvikle disse oligomerer som nanosenserende platforme til påvisning af adsorption af kemiske molekyler og proteinmonolag. "