p (Phys.org) - Uma nova pesquisa na Rice University que busca estabelecer pontos de referência entre partículas plasmônicas e polímeros pode levar a chips de computador menores, melhores antenas e melhorias na computação óptica. p Os cientistas de materiais aproveitam as fortes interações entre os produtos químicos para formar polímeros que se auto-montam em padrões e são a base das coisas que as pessoas usam todos os dias. Qualquer coisa feita de plástico é um bom exemplo.

p Agora, Os cientistas do arroz detalharam padrões semelhantes na maneira como os plasmons de superfície - "quasipartículas" carregadas que fluem dentro das partículas metálicas quando excitadas pela luz - influenciam-se mutuamente nas cadeias de nanopartículas de ouro.

p Os resultados do trabalho do laboratório Rice de Stephan Link, professor assistente de química e engenharia elétrica e da computação, aparecem online no jornal American Chemical Society Nano Letras .

p Interações entre pequenas coisas têm estado muito no noticiário recentemente com a descoberta de sinais do bóson de Higgs e extensa discussão sobre como as partículas mais elementares interagem para dar ao universo sua forma. A equipe de Rice estuda nanopartículas que são ordens de magnitude maiores - embora ainda tão pequenas que só podem ser vistas com um microscópio eletrônico - com o objetivo de entender como as partículas eletromagnéticas mais elementares se comportam.

p Isso é importante para engenheiros eletrônicos que estão sempre procurando maneiras de reduzir o tamanho dos chips de computador e outros dispositivos por meio de componentes cada vez menores, como guias de onda. A capacidade das nanopartículas de passar ondas que podem ser interpretadas como sinais pode abrir a porta para novos métodos de computação óptica. O trabalho também pode contribuir para antenas e sensores mais afinados.

p Especificamente, os pesquisadores procuraram como os plasmons influenciam uns aos outros através de pequenas lacunas - tão pequenas quanto um nanômetro - entre as nanopartículas de ouro. A autora principal Liane Slaughter, um estudante de pós-graduação da Rice, e seus colegas projetaram cadeias de partículas de 50 nanômetros em linhas simples e duplas que imitavam os padrões moleculares repetidos dos polímeros. Eles então examinaram os sinais super-radiantes e sub-radiantes sustentados coletivamente pelos conjuntos individuais de nanopartículas. A composição da cadeia em termos de tamanhos de nanopartículas, formas e posições determinam as frequências de luz com as quais eles podem interagir.

p "Em plasmonics, usamos nanopartículas individuais como blocos de construção para fazer estruturas de ordem superior, "Link disse." Aqui, estamos pegando conceitos conhecidos pelos cientistas de polímeros para analisar as estruturas de cadeias mais longas de nanopartículas que pensamos se assemelham a polímeros. "

p "A definição fundamental de um polímero é que é uma molécula longa cujas propriedades dependem da unidade de repetição, "Slaughter disse." Se você mudar os átomos que se repetem na cadeia, então você altera as propriedades do polímero. "

p "O que mudamos em nossas estruturas de montagem foi a unidade de repetição - uma linha de partícula única versus um dímero (na linha dupla) - e descobrimos que isso se encaixa na analogia com os polímeros químicos porque essa mudança altera muito claramente as interações ao longo da cadeia, "Link adicionado.

p Esta mudança de estrutura básica de uma única linha para uma linha dupla levou a diferenças pronunciadas demonstradas por modos sub-radiantes adicionais e um modo super-radiante de menor energia.

p Dois efeitos interessantes adicionais pareciam ser universais entre os polímeros plasmônicos da equipe. Uma era que a energia do modo super-radiante, que resulta da interação nas unidades mais repetidas, diminuiria caracteristicamente com a adição de nanopartículas ao longo do comprimento, até cerca de 10 partículas, e, em seguida, nivelar. "Assim que você tiver 10 unidades repetidas, você basicamente vê um espectro óptico que não mudará muito se você fizer uma cadeia com 20 ou 50 unidades repetidas, "Link disse.

p The other was that disorder among the repeat units – the nanoparticles – only seems to matter at the small scale. "With chemically prepared nanoparticles, there's always a distribution of sizes and perhaps shapes, " Link said. "As you bring them close together, they couple really strongly, and that's a big advantage. Mas ao mesmo tempo, we can never make structures that are perfect.

p "So we wanted to understand the effect of disorder, and what we found was pretty amazing:As the system grows in size, the effect of disorder is less and less important on the optical properties. That also has a strong analogy in polymers, in which disorder can be seen as chemical defects, " ele disse.

p "If the plasmonic interactions over the chain tolerate disorder, it gives promise to designing functional structures more economically and maybe with higher throughput, " Slaughter said. "With a whole bunch of small building blocks, even if they're not all perfectly alike, you can make a great variety of shapes and structures with broad tunability."