p Em dispositivos plasmônicos típicos, ondas eletromagnéticas aglomeram-se em pequenas estruturas de metal, concentração de energia em dimensões em nanoescala. Devido ao acoplamento de eletrônicos e fotônicos nessas nanoestruturas metálicas, dispositivos plasmônicos podem ser aproveitados para transmissão de dados em alta velocidade ou conjuntos de detectores ultrarrápidos. Contudo, estudar campos plasmônicos em dispositivos em nanoescala apresenta um verdadeiro obstáculo para os cientistas, já que o exame dessas estruturas altera inerentemente seu comportamento. p “Quer você use um laser ou uma lâmpada, o comprimento de onda da luz ainda é muito grande para estudar campos plasmônicos em nanoestruturas. Além do mais, a maioria das ferramentas usadas para estudar campos plasmônicos irão alterar a distribuição do campo - o próprio comportamento que esperamos entender, ”Diz Jim Schuck, um cientista da equipe do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) que trabalha nas instalações de geração de imagens e manipulação de nanoestruturas na fundição molecular.

p A microscopia de luz desempenha um papel fundamental no repertório de um cientista:a técnica é fácil de usar e não inflige danos a um circuito eletrônico cuidadosamente elaborado ou espécime biológico delicado. Contudo, um objeto de interesse em nanoescala típico - como uma fita de DNA ou um ponto quântico - está bem abaixo do comprimento de onda da luz visível em tamanho, o que significa que a habilidade de distinguir um objeto de outro quando eles estão próximos é perdida. Os cientistas agora estão desafiando esse limite usando técnicas de "localização", que contam o número de fótons que emanam de um objeto para ajudar a determinar sua posição.

p Em trabalhos anteriores, Schuck e colegas da Molecular Foundry, Centros de pesquisa em nanoescala do Departamento de Energia dos EUA (DOE), dispositivos plasmônicos em forma de gravata borboleta projetados para capturar, filtrar e orientar a luz em nanoescala. Esses dispositivos classificadores de nanocores serviam como antenas para focalizar e classificar a luz em espaços minúsculos para um conjunto desejado de cores ou energias - crucial para filtros e outros detectores.

p Neste último avanço, Schuck e sua equipe do Berkeley Lab usaram seu conceito de imagem inovador para visualizar campos plasmônicos desses dispositivos com resolução em nanoescala. Ao criar imagens de fluorescência de ouro dentro da gravata borboleta e maximizar o número de fótons coletados de seus dispositivos de gravata borboleta, a equipe conseguiu identificar a posição dos modos plasmônicos - oscilações de carga que resultam em ressonância óptica - separados por apenas alguns nanômetros.

p “Nós nos perguntamos se haveria uma maneira de usar a luz já presente em nossos gravatas - fótons localizados - para sondar esses campos e servir como repórter, ”Diz Schuck. “Nossa técnica também é sensível a imperfeições no sistema, como pequenas falhas estruturais ou efeitos de tamanho, sugerindo que poderíamos usar esta técnica para medir o desempenho de dispositivos plasmônicos em configurações de pesquisa e desenvolvimento. ”

p Em paralelo com as descobertas experimentais de Schuck, Jeff Neaton, Diretor da Unidade de Teoria de Materiais Nanoestruturados da Fundição Molecular e Alex McLeod, um estudante de graduação trabalhando na Foundry, desenvolveu um kit de ferramentas baseado na web, projetado para calcular imagens de dispositivos plasmônicos com software de código aberto desenvolvido no Massachusetts Institute of Technology. Para este estudo, os pesquisadores simularam o ajuste da estrutura de uma antena de laço duplo em alguns nanômetros para estudar como a mudança no tamanho e na simetria de uma antena plasmônica afeta suas propriedades ópticas.

p “Ao mudar sua estrutura em apenas alguns nanômetros, podemos focar a luz em diferentes posições dentro da gravata borboleta com notável certeza e previsibilidade, ”Disse McLeod. “Este trabalho demonstra que essas antenas ópticas em nanoescala ressoam com a luz exatamente como nossas simulações predizem.”

p Útil para pesquisadores que estudam estruturas plasmônicas e fotônicas, este kit de ferramentas estará disponível para download no nanoHUB, um recurso computacional para nanociência e tecnologia criado por meio da Rede de Nanotecnologia Computacional da National Science Foundation.

p “Este trabalho realmente exemplifica o que há de melhor na Fundição Molecular, ”Disse Neaton, que também é Diretor Adjunto Interino da Divisão de Ciências de Materiais do Berkeley Lab. “Três instalações de fundição separadas — Imaging, Nanofabricação e teoria - colaboraram em um avanço significativo em nossa compreensão de como a luz visível pode ser localizada, manipulado, e imagens em nanoescala. ”

p Um artigo relatando esta pesquisa intitulado, “Visualização não perturbativa de distribuições de campo plasmônico em nanoescala via microscopia de localização de fótons, ”Aparece em Cartas de revisão física e está disponível para assinantes online. Coautor do artigo com Schuck, McLeod e Neaton eram Alexander Weber-Bargioni, Zhaoyu Zhang, Scott Dhuey, Bruce Harteneck e Stefano Cabrini.

p Partes deste trabalho na Fundição Molecular foram apoiadas pelo Escritório de Ciência do DOE. O apoio para este trabalho também foi fornecido pela National Science Foundation por meio da Network for Computational Nanotechnology.