p (Phys.org) - Ao trazer a tecnologia nanofotônica para a espectroscopia óptica tradicional, um novo tipo de espectrômetro óptico com funções de detecção e medição espectral foi recentemente demonstrado por uma equipe de pesquisa da Universidade do Alabama em Huntsville.

Dr. Junpeng Guo, Professor Associado de Engenharia Elétrica e Óptica na UAHuntsville, criou recentemente um novo dispositivo fotônico em nanoescala denominado super nano-grade, com a ajuda de seu aluno de doutorado, Haisheng Leong. Com uma super nano-grade fabricada, O grupo do Dr. Guo demonstrou um novo tipo de aparelho de detecção óptica chamado sensores de espectrômetro. p Os espectrômetros ópticos tradicionais medem os espectros da luz. Sensores ópticos tradicionais usam luz para detectar a presença de produtos químicos. Um sensor de espectrômetro é um espectrômetro óptico e também um sensor químico porque mede o espectro de ressonância óptica que é controlado por produtos químicos ligados na superfície da nanoestrutura. Um sensor de espectrômetro com uma grade de metal super nanoslit foi publicado pela primeira vez em Cartas de Óptica (vol. 36, 2011) e um sensor de espectrômetro com uma grade de metal de super nanofuro foi publicado recentemente em Optics Express (vol. 20, 2012).

p Nano-grades são nanoestruturas periódicas com o tamanho do recurso na escala nanométrica. Um nanômetro é um milionésimo de um milímetro, cerca de 1/50, 000º do diâmetro de um cabelo humano. Como o tamanho do recurso das nanoestruturas é menor do que o comprimento de onda da luz, não somos capazes de ver nanoestruturas com nossos olhos. Contudo, a luz pode detectar nanoestruturas por meio de fortes absorções em comprimentos de onda específicos. Este fenômeno é chamado de ressonância óptica de nanoestruturas, um fenômeno fundamental em óptica.

As ressonâncias ópticas de nanoestruturas normalmente são medidas usando espectrômetros ópticos. Ao criar um padrão super-grade de nanoestruturas, a equipe da UAHuntsville fez grades de super difração com estruturas de nano grade. Com a super nano-grade, a ressonância da nanoestrutura pode ser medida com uma matriz fotodetectora. Dessa maneira, o uso de um espectrômetro óptico não é necessário.

p As nanoestruturas, como nanoholes ou nanoslits, são feitos usando um feixe de elétrons fortemente focado, uma técnica chamada litografia por feixe de elétrons. Os padrões de nanoestrutura foram desenhados primeiro com um computador e, em seguida, enviados para a máquina de litografia de feixe de elétrons para controlar o movimento do feixe de elétrons fortemente focado para escrever nanoholes ou quaisquer outros padrões de nanoestrutura em uma camada fina de polímero especial chamado e-beam resist.

p A camada de polímero escrita por feixe de elétrons é então desenvolvida para que os padrões de nanoestrutura sejam impressos na fina camada de polímero. A camada de polímero padronizada funciona como uma máscara e um processo de corrosão de íon argônio é usado para transferir o padrão da camada de polímero para a fina película de metal abaixo dela. Este dispositivo foi feito por Haisheng Leong, um assistente de pesquisa de pós-graduação na UAHuntsville.

p A super nano-grade é um arranjo de nanofuros de superperíodo perfurado em uma fina película de ouro sobre um substrato de vidro transparente. A espessura do filme de ouro é de 60 nanômetros e o tamanho dos nanofuros é de cerca de 100 nanômetros. Os nanoholes periódicos no filme de metal fino suportam oscilações coletivas de elétrons livres, referido como plasmons de superfície, no metal nanoestruturado.

p As super nano-grades têm uma física rica que precisa ser investigada, Dr. Guo disse. Um artigo que ele escreveu e publicou recentemente em Cartas de Física Aplicada (vol. 101, 2012) está tentando explicar o fenômeno de divisão do modo de ressonância observado na rede de supernano-furos. A divisão do modo de ressonância pode ser utilizada para fazer sensores químicos de melhor sensibilidade.

p Os sensores do espectrômetro podem detectar toxinas ou contaminantes em quantidades muito pequenas. A UAHuntsville registrou recentemente uma patente para licenciar a nova tecnologia.

p "Os sensores do espectrômetro são mais adequados em aplicações que exigem tamanho e peso pequenos, "Dr. Guo disse. Esses sensores de tamanho pequeno e leve podem ser úteis para aplicações de exploração espacial da NASA, como medir a composição química na superfície de Marte, ele disse.