Canais microscópicos de nanopartículas de ouro têm a capacidade de transmitir energia eletromagnética que começa como luz e se propaga por meio de "plasmons escuros, "de acordo com pesquisadores da Rice University.

Um novo artigo na revista American Chemical Society Nano Letras mostra como até mesmo coleções desordenadas de nanopartículas em matrizes tão finas quanto 150 nanômetros podem ser transformadas em guias de ondas e transmitir sinais uma ordem de magnitude melhor do que os experimentos anteriores foram capazes de alcançar. A transferência eficiente de energia na escala do micrômetro pode melhorar muito os dispositivos optoeletrônicos.

O laboratório de arroz de Stephan Link, professor assistente de química e engenharia elétrica e da computação, desenvolveu uma maneira de "imprimir" linhas finas de nanopartículas de ouro em vidro. Essas linhas de nanopartículas podem transmitir um sinal de uma nanopartícula para a próxima ao longo de muitos mícrons, muito mais longe do que as tentativas anteriores e aproximadamente equivalente aos resultados vistos usando nanofios de ouro.

Geometrias de guia de ondas complexas são muito mais fáceis de fabricar com cadeias de nanopartículas, Link disse. Ele e sua equipe usaram um feixe de elétrons para cortar canais minúsculos em um polímero em um substrato de vidro para dar forma às linhas de nanopartículas. As nanopartículas de ouro foram depositadas nos canais por meio de forças capilares. Quando o resto do polímero e nanopartículas perdidas foram lavados, as linhas permaneceram, com as partículas separadas por apenas alguns nanômetros.

Plasmons são ondas de elétrons que se movem pela superfície de um metal como a água em uma lagoa quando perturbada. O distúrbio pode ser causado por uma fonte eletromagnética externa, como luz. Nanopartículas adjacentes se acoplam onde seus campos eletromagnéticos interagem e permitem que um sinal passe de um para o outro.

Link disse que plasmons escuros podem ser definidos como aqueles que não têm momento de dipolo líquido, o que os torna incapazes de acoplar à luz. "Mas esses modos não são totalmente escuros, especialmente na presença de desordem, "ele disse." Mesmo para os modos sub-radiantes, há uma pequena oscilação dipolo.

"Nosso argumento é que se você pode acoplar esses modos sub-radiantes, a perda de espalhamento é menor e a propagação do plasmon é sustentada por distâncias mais longas, "Link disse." Portanto, melhoramos o transporte de energia em distâncias muito maiores do que o que foi feito antes com cadeias de partículas de metal. "

Para ver até onde, Link e sua equipe revestiram as linhas de 15 mícrons com um corante fluorescente e usaram um método de fotobranqueamento desenvolvido em seu laboratório para medir a que distância os plasmons, animado por um laser em uma extremidade, propagar. "O amortecimento da propagação do plasmon é exponencial, "disse ele." Com quatro mícrons, você tem um terço do valor de intensidade inicial.

"Embora essa distância de propagação seja curta em comparação com os guias de ondas ópticas tradicionais, em circuitos miniaturizados, basta cobrir pequenas escalas de comprimento. Pode ser possível eventualmente aplicar um amplificador ao sistema que aumentaria a distância de propagação, "Link disse." Em termos do que as pessoas pensavam que era possível com as cadeias de nanopartículas, o que fizemos já é uma melhoria significativa. "

Link disse que nanofios de prata demonstraram transportar uma onda de plasmon melhor do que ouro, até 15 mícrons, cerca de um sexto da largura de um cabelo humano. "Sabemos que se tentarmos nanopartículas de prata, podemos propagar por muito mais tempo e, esperançosamente, fazer isso em estruturas mais complexas, ", disse ele." Podemos ser capazes de usar esses guias de onda de nanopartículas para se conectar a outros componentes, como nanofios em configurações que não seriam possíveis de outra forma. "