Forskere fremviser nye gennembrud for at frigøre potentialet i plasmonics

Plasmonik er specielle optiske fænomener, der forstås som vekselvirkninger mellem lys og stof og har forskellige former, materialesammensætninger og symmetrirelateret adfærd. Designet af sådanne plasmoniske strukturer på nanoskalaniveau kan bane vejen for optiske materialer, der reagerer på orienteringen af ​​lys (polarisering), hvilket ikke er let opnåeligt i bulkstørrelse og eksisterende materialer.

I denne henseende er "skyggevækst" en teknik, der udnytter vakuumaflejring til at producere nanopartikler fra en bred vifte af 2D- og 3D-former på nanoskala. Nyere forskningsfremskridt med at kontrollere denne skyggeeffekt har udvidet mulighederne for at skabe forskellige nanostrukturer.

Nu, i tvillingeundersøgelser ledet af adjunkt Hyeon-Ho Jeong fra Gwangju Institute of Science and Technology (GIST), Republikken Korea, har forskere udførligt kastet lys over de seneste fremskridt inden for skyggevækstteknikker til hybride plasmoniske nanomaterialer, herunder ur- inspirerede designs indeholdende magnesium (Mg).

Undersøgelserne blev offentliggjort i Advanced Materials den 25. marts 2022 (med Jang-Hwan Han og Doeun Kim som co-first forfattere og professor Peer Fischer og Dr. Jeong som co-korresponderende forfattere) og Advanced Optical Materials den 20. november 2023 (med henholdsvis Juhwan Kim og Jang-Hwan Han som co-first forfattere og Dr. Jeong som den tilsvarende forfatter).

Skyggeeffekten her refererer til tilstedeværelsen af ​​"mørke" områder på en overflade, der er skjult af "frø"-molekyler og derfor utilgængelige for aflejring af fordampede materialer, ligesom skyggeområder, hvor lys ikke kan nå.

Dr. Jeong uddyber dette yderligere og siger:"Da disse skyggefulde områder er de områder, hvor materialet ikke kan deponeres, kan der dannes en række tredimensionelle nanostrukturer. Denne formation afhænger af frøets størrelse, afstanden mellem frøene , og substratets hældning."

Derudover siger Doeun Kim, der er ph.d. studerende, "Skabelsen af ​​unikke nanostrukturer er påvirket af indførelsen af ​​rotation under processen, baseret på rotationshastighed, tid og vinkel, hvilket i sidste ende danner tredimensionelle nanostrukturer."

I den første undersøgelse (fremstillet som en forsideartikel) viste holdet produktionen af ​​forskellige nanostrukturer ved hjælp af en specifik skyggevækstteknik kendt som blikvinkelaflejring. Disse strukturer udviser afstembare optiske egenskaber opnået gennem passende modifikationer af deres materiale, form og omgivende miljø.

Deres anmeldelse understreger også en bred vifte af potentielle anvendelser, herunder nano- og mikrorobotter til sårheling og lægemiddellevering i den menneskelige krop, fotoniske enheder og chiral spektroskopi, blandt andre.

Til den efterfølgende undersøgelse skabte holdet 3D-rotamerer (molekyler med specifikke rotationsarrangementer), der er i stand til både lineær og cirkulær polarisering, såvel som at lagre en betydelig mængde information.

Dette ur-inspirerede design involverer at placere to nanorods lavet af Mg i en vis modificerbar vinkel, der ligner time- og minutviserne på et ur. Disse nanostrukturer lover også for forskellige applikationer, såsom sikker verifikation af genstande som pengesedler, anti-falskmøntneri og skærme, der er i stand til at skifte til ønskede optiske tilstande efter behov.

Dr. Jeong taler om denne udvikling og forestiller sig fremtiden for plasmonics, "Disse rotamere kan have potentiel udnyttelse i fysisk uklonbare funktioner, et område, der i øjeblikket er under intensiv forskning for at sikre robuste sikkerhedsniveauer for hardware, såsom pc'er eller servere."

Ph.D. studerende Juhwan Kim tilføjer:"I særdeleshed kan evnen til selektivt at filtrere UV-lyskilder og specifikke synlige bølgelængder afhængigt af polarisationstilstanden også bruges i briller og vinduer for at beskytte øjne og hud ved at blokere UV-stråler fra sollys."

Flere oplysninger: Jang‐Hwan Han et al., Plasmonisk nanostrukturteknik med skyggevækst, Avancerede materialer (2022). DOI:10.1002/adma.202107917

Juhwan Kim et al., Plasmoniske nano-rotamere med programmerbar polarisationsopløst farve, Avancerede optiske materialer (2023). DOI:10.1002/adom.202301730

Journaloplysninger: Avanceret materiale , Avancerede optiske materialer

Leveret af Gwangju Institute of Science and Technology