Nanoskala manipulation af lys fører til spændende nye fremskridt

Kontrol af interaktionerne mellem lys og stof har været en ambition for mange år, der ønsker at udvikle og fremme adskillige teknologier, der er grundlæggende for samfundet. Med boomet af nanoteknologi i de seneste år, nanoskala manipulation af lys er blevet begge dele, en lovende vej til at fortsætte denne fremgang, samt en unik udfordring på grund af ny adfærd, der opstår, når dimensionerne af strukturer bliver sammenlignelige med lysets bølgelængde.

Forskere i Theoretical Nanophotonics Group ved University of New Mexicos afdeling for fysik og astronomi har gjort et spændende nyt fremskridt med dette formål, i en banebrydende forskningsindsats med titlen "Analysis of the Limits of the Near-Field Produced by Nanoparticle Arrays, "for nylig offentliggjort i tidsskriftet, ACS Nano , en topjournal inden for nanoteknologi. Gruppen, ledet af adjunkt Alejandro Manjavacas, studeret, hvordan den optiske reaktion af periodiske arrays af metalliske nanostrukturer kan manipuleres til at producere stærke elektriske felter i deres nærhed.

De arrays, de undersøgte, består af sølv -nanopartikler, små kugler af sølv, der er hundredvis af gange mindre end tykkelsen af ​​et menneskehår, anbragt i et gentaget mønster, selvom deres resultater også gælder for nanostrukturer fremstillet af andre materialer. På grund af de stærke interaktioner mellem hver af nanosfærerne, disse systemer kan bruges til forskellige applikationer, lige fra levende, farveopskrift i høj opløsning til biosensing, der kan revolutionere sundhedsvæsenet.

"Dette nye arbejde vil bidrage til at fremme de mange anvendelser af nanostrukturarrays ved at give grundlæggende indsigt i deres adfærd, "siger Manjavacas." De forbedringer i nærområdet, vi forudsiger, kan være en spilskifter for teknologier som ultralydsfølsom biosensering. "

Manjavacas og hans team, sammensat af Lauren Zundel og Stephen Sanders, begge kandidatstuderende på Institut for Fysik og Astronomi, modellerede det optiske svar af disse arrays, finde spændende nye resultater. Når periodiske arrays af nanostrukturer belyses med lys, hver af partiklerne producerer en stærk respons, hvilken, på tur, resulterer i enorm kollektiv adfærd, hvis alle partiklerne kan interagere med hinanden. Dette sker ved visse bølgelængder af indfaldende lys, som bestemmes af interpartikelafstanden i arrayet, og kan resultere i elektriske felter, der er tusinder, eller endda titusinder, gange lysets lys på arrayet.

Styrken af ​​denne feltforbedring afhænger af arrayets geometriske egenskaber, såsom afstanden mellem nanosfærerne, samt størrelsen på selve kuglerne. Helt kontraintuitivt, Manjavacas og hans gruppe fandt ud af, at faldende tætheden af ​​nanopartikler i arrayet, enten ved at øge afstanden mellem hver af dem, eller ved at reducere deres størrelse, producerer feltforbedringer, der ikke kun er større, men strækker sig længere væk fra arrayet.

"Det var virkelig spændende at finde ud af, at nøglen til disse enorme feltforbedringer faktisk ligger i at gøre partiklerne mindre og længere fra hinanden, "siger Zundel om opdagelsen.

"Grunden til dette er, at interaktionerne mellem nanopartiklerne, og dermed den kollektive reaktion, styrkes, "ifølge Sanders.