O campo emergente da plasmônica pode trazer avanços na fabricação de produtos químicos, inaugurar novas tecnologias limpas e sustentáveis ​​e sistemas de dessalinização para evitar uma futura crise global de água.

Os materiais plasmônicos contêm recursos, padrões ou elementos que permitem um controle sem precedentes da luz, aproveitando nuvens de elétrons chamadas de plasmons de superfície.

"Plasmonics oferece o controle final sobre luz e fotoquímica, com a ajuda de nanoestruturas metálicas capazes de concentrar energia eletromagnética em volumes em nanoescala, "disse Vladimir M. Shalaev, Bob e Anne Burnett, da Purdue University, professores distintos de Engenharia Elétrica e de Computação. "Pode ter um impacto transformador na forma como dirigimos, manipular, realçar, e monitorar processos químicos no futuro. "

O potencial para aplicações práticas é discutido em um comentário que aparecerá na sexta-feira (2 de junho) na seção Perspectivas do Ciência revista. O artigo foi escrito pelo cientista visitante Alberto Naldoni; Shalaev; e Mark Brongersma, professor do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade de Stanford.

Plasmões de superfície e "nanoestruturas ressonantes" podem ser aproveitados para a fabricação ultraeficiente de produtos químicos e combustíveis. Um exemplo é o uso potencial dessas nanoestruturas combinadas com dispositivos semicondutores que coletam luz para realizar a catálise.

Quando os semicondutores são iluminados, elétrons são chamados de "excitados, "passando de um nível de energia, ou banda, para outro e deixando "buracos". Plasmons de superfície são grupos de elétrons que coletivamente se tornam excitados e então "decaem, "ou perder energia, reemitindo fótons ou altamente energéticos, "quente, "elétrons e lacunas. Esses elétrons quentes podem ser usados ​​para conduzir reações químicas.

As inovações em plasmônica podem tornar possível explorar novos tipos de química que normalmente só são possíveis em altas temperaturas e pressões. Os plasmons de superfície causam "aquecimento local, "que é uma promessa para aplicações como separação química e destilação para processos industriais, e dessalinização de água salgada.

“O mundo está enfrentando uma crise de água doce, e barato, a produção eficiente de água doce de água salgada significaria o fim deste desafio global, "Shalaev disse." Nanopartículas plasmáticas podem ser auto-montadas dentro dos nanocanais de uma membrana que flutua na água. Após a irradiação, o dispositivo plasmônico absorve mais de 96 por cento do espectro solar e concentra a energia absorvida em volumes de água em nanoescala, permitindo a geração de vapor e dessalinização eficiente. "

Os plasmônicos também podem ser combinados com DNA para produzir "metamoléculas tridimensionais" personalizadas e robôs moleculares movidos a luz para aplicações em química, tecnologia e medicina.

"Essas máquinas plasmônicas podem ser implementadas para realizar operações inteligentes, como transporte de moléculas e processamento de informações, " ele disse.

O escalonamento da química plasmônica para o nível industrial exigiria o desenvolvimento de novos materiais plasmônicos alternativos, o uso de "metasuperfícies" e plataformas nanofotônicas flexíveis.

“A transição para uma sociedade limpa e sustentável já está ocorrendo, "Shalaev disse." Plasmonics pode ajudar a acelerar esta mudança, permitindo, manipulando, realçando, e monitoramento de processos químicos com precisão e controle em escala atômica. "