Meget begrænset transport af lysenergi over lange afstande ved hjælp af netværk af guld nanopartikler

En måde at transportere stærkt begrænset lysenergi over lange afstande ved hjælp af udvidede netværk af delvist smeltede guldnanopartikler er blevet demonstreret af et internationalt hold af forskere. Denne demonstration rejser muligheden for nye muligheder for informationsbehandling ved at realisere ekstremt miniaturiseret lysstyring og kan føre til fremskridt inden for sensorer og telekommunikationssystemer.

"Vores tilgang har al den alsidighed, som kemi, der involverer kolloider, tilbyder og kunne bruges til at fremstille miniaturiserede optiske netværk, " forklarer Michel Bosman fra A*STAR Institute of Materials Research and Engineering i Singapore.

Lys bevæger sig hurtigt, gør det til et yderst attraktivt medium til transmission af information. I øjeblikket, optiske fibre bruges til at transportere optiske signaler over lange afstande, men de er uegnede i små skalaer, da deres dimensioner ikke kan krympes meget under lysets bølgelængde. En lovende tilgang er at bruge lys-inducerede oscillationer af elektroner (kendt som overfladeplasmoner) på nanopartikler, men indtil nu havde det ikke været muligt at koble plasmoner mellem et stort antal rørende nanopartikler.

Bosman, sammen med samarbejdspartnere på CEMES i Frankrig og i Bristol i Storbritannien, udtænkt en måde at udbrede overfladeplasmoner over lange kæder af guldnanopartikler. Dette gjorde det muligt for dem at miniaturisere transporten af ​​stærkt begrænset lys over afstande, der er lange nok til at være nyttige for optiske kredsløb.

Forskerne syntetiserede guldnanopartikler, der var 12 nanometer i diameter, og samlede dem selv til netværk ved at tilsætte forbindelsen mercaptoethanol. De 'svejsede' derefter nanopartiklerne sammen ved at bestråle dem med en højenergi-elektronstråle.

Holdet undersøgte lysudbredelsesegenskaberne af netværkene ved hjælp af en teknik kendt som elektronenergitabsspektroskopi. Disse målinger viste, at netværkene danner veje, langs hvilke lysenergi kan bevæge sig som overfladeplasmoner (se billede).

Resultaterne var meget klarere, end forskerne forventede. "Vi var overraskede over at se, at overfladeplasmonerne ikke blev svækket meget af de korngrænser, der eksisterer mellem tilstødende nanopartikler, " siger Bosman. "Vores netværk indeholder hundredvis af korngrænser, og alligevel vil overfladeplasmonerne oscillere hen over dem for det meste uhindret."

I fremtiden, holdet håber at kunne producere designernetværk ved hjælp af deres nanopartikler. "I øjeblikket, vi kan ikke kontrollere designet af vores nanopartikelnetværk i detaljer, " siger Bosman. "Vi har til hensigt at kombinere vores teknik med litografi for at få fuld kontrol over deres længde og form og formdesignede optiske netværk lavet med kolloide nanopartikler som byggesten."