p Imagine criar novos dispositivos com propriedades ópticas incríveis e exóticas não encontradas na natureza - simplesmente evaporando uma gota de partículas em uma superfície. p Ao construir quimicamente aglomerados de nanoesferas a partir de um líquido, uma equipe de pesquisadores de Harvard, em colaboração com cientistas da Rice University, a Universidade do Texas em Austin, e a Universidade de Houston, desenvolveu exatamente isso.

p A descoberta, publicado na edição de 28 de maio de Ciência , demonstra dispositivos escalonáveis ​​simples que exibem propriedades ópticas personalizáveis ​​adequadas para aplicações que variam de sensores e detectores altamente sensíveis a capas de invisibilidade. Usando partículas consistindo em conchas metálicas e isolantes concêntricas, Jonathan Fan, um estudante de pós-graduação na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard (SEAS), seu co-autor principal Federico Capasso, Robert L. Wallace Professor de Física Aplicada e Vinton Hayes Pesquisador Sênior em Engenharia Elétrica no SEAS, e Vinothan Manoharan, Professor associado de Engenharia Química e Física no SEAS e no Departamento de Física de Harvard, planejou um plano ascendente, abordagem de automontagem para enfrentar o desafio do projeto.

p "Um desafio de longa data na engenharia óptica tem sido encontrar maneiras de fazer estruturas de tamanho muito menor do que o comprimento de onda que exibe propriedades desejadas e interessantes, "diz Fan." Em frequências visíveis, essas estruturas devem ser em nanoescala. "

p Em contraste, a maioria dos dispositivos em nanoescala são fabricados usando abordagens de cima para baixo, semelhante a como os chips de computador são fabricados. Os menores tamanhos que podem ser realizados por tais técnicas são severamente restringidos pelos limites intrínsecos do processo de fabricação, como o comprimento de onda da luz usada no processo. Além disso, tais métodos são restritos a geometrias planas, são caros, e requerem infraestrutura intensa, como salas limpas.

p "Com nossa abordagem de baixo para cima, imitamos a forma como a natureza cria estruturas inovadoras, que exibem propriedades extremamente úteis, "explica Capasso." Nossos nanoclusters se comportam como minúsculos circuitos ópticos e podem ser a base de novas tecnologias, como detectores de moléculas individuais, sondas eficientes e biologicamente compatíveis na terapêutica do câncer, e pinças ópticas para manipular e separar partículas nanométricas. Além disso, o processo de fabricação é muito mais simples e barato de realizar. "

p O método de automontagem do pesquisador não requer nada mais do que um pouco de mistura e secagem. Para formar os clusters, as partículas são primeiro revestidas com um polímero, e uma gota deles é então evaporada em uma superfície repelente de água. No processo de evaporação, as partículas se agrupam em pequenos aglomerados. Usando espaçadores de polímero para separar as nanopartículas, os pesquisadores foram capazes de atingir de forma controlada um intervalo de dois nanômetros entre as partículas - resolução muito melhor do que os métodos tradicionais de cima para baixo permitem.

p Dois tipos de circuitos ópticos resultantes são de considerável interesse. Um trímero, compreendendo três partículas igualmente espaçadas, pode suportar uma resposta magnética, uma propriedade essencial de capas de invisibilidade e materiais que exibem índice de refração negativo.

p "Em essência, o trímero atua como um ressonador em nanoescala que pode suportar um loop circulante de corrente em frequências visíveis e infravermelhas próximas, "diz Fan." Esta estrutura funciona como um ímã em nanoescala em frequências ópticas, algo que os materiais naturais não podem fazer. "

p Heptâmeros, ou estruturas de sete partículas embaladas, exibem quase nenhuma dispersão para uma faixa estreita de cores ou comprimentos de onda bem definidos quando iluminados com luz branca. Essas quedas acentuadas, conhecido como ressonâncias Fano, surgem da interferência de dois modos de oscilações eletrônicas, um modo "claro" e um modo "escuro" não opticamente ativo, na nanopartícula.

p "Os heptâmeros são muito eficientes na criação de campos elétricos extremamente intensos localizados em regiões de tamanho nanométrico onde moléculas e partículas em nanoescala podem ser capturadas, manipulado, e detectado. O sensoriamento molecular dependeria da detecção de mudanças nos estreitos mergulhos espectrais, "diz Capasso.

p Em última análise, todos os projetos de circuitos automontados podem ser prontamente ajustados variando a geometria, como as partículas são separadas, e o ambiente químico. Resumidamente, o novo método permite um "kit de ferramentas" para manipular "moléculas artificiais" de forma a criar propriedades ópticas à vontade, um recurso que os pesquisadores esperam é amplamente generalizável para uma série de outras características.

p Olhando para a frente, os pesquisadores planejam trabalhar para alcançar maiores rendimentos de cluster e esperam montar estruturas tridimensionais em macroescala, um "Santo Graal" da ciência dos materiais.

p "Estamos entusiasmados com a escalabilidade potencial do método, "diz Manoharan." As esferas são as formas mais fáceis de montar, pois podem ser prontamente empacotadas juntas. Enquanto nós apenas demonstramos aqui aglomerados de partículas planas, nosso método pode ser estendido para estruturas tridimensionais, algo que uma abordagem de cima para baixo teria dificuldade de fazer. "