Pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) e da Universidade de Maryland mostraram como fazer medições em nanoescala de propriedades críticas de nanomateriais plasmônicos - as nanoestruturas especialmente projetadas que modificam a interação de luz e matéria para uma variedade de aplicações, incluindo sensores, camuflagem (invisibilidade), fotovoltaica e terapêutica.

Sua técnica é uma das poucas que permite aos pesquisadores fazer medições físicas reais desses materiais em nanoescala sem afetar a função do nanomaterial.

Os nanomateriais plasmônicos contêm estruturas conduzidas em nanoescala especialmente projetadas que podem aumentar a interação entre a luz e um material adjacente, e a forma e o tamanho de tais nanoestruturas podem ser ajustados para sintonizar essas interações. Cálculos teóricos são frequentemente usados ​​para compreender e prever as propriedades ópticas dos nanomateriais plasmônicos, mas poucas técnicas experimentais estão disponíveis para estudá-los em detalhes. Os pesquisadores precisam ser capazes de medir as propriedades ópticas de estruturas individuais e como cada uma interage diretamente com os materiais circundantes de uma forma que não afete o funcionamento da estrutura.

"Queremos maximizar a sensibilidade dessas matrizes de ressonadores e estudar suas propriedades, "diz a pesquisadora principal Andrea Centrone." Para fazer isso, precisávamos de uma técnica experimental que pudéssemos usar para verificar a teoria e entender a influência dos defeitos de nanofabricação que são normalmente encontrados em amostras reais. Nossa técnica tem a vantagem de ser extremamente sensível espacialmente e quimicamente, e os resultados são fáceis de interpretar. "

A equipe de pesquisa voltou-se para ressonância induzida fototérmica (PTIR), uma técnica emergente de análise de materiais quimicamente específicos, e mostrou que pode ser usado para obter imagens da resposta de nanomateriais plasmônicos excitados por luz infravermelha (IR) com resolução em escala nanométrica.

A equipe usou o PTIR para obter imagens da energia absorvida em ressonadores plasmônicos em forma de anel. Os ressonadores em nanoescala focalizam a luz infravermelha de entrada dentro das lacunas dos anéis para criar "pontos quentes" onde a absorção de luz é aumentada, o que torna a identificação química mais sensível. Pela primeira vez, os pesquisadores quantificaram com precisão a absorção nos pontos quentes e mostraram que, para as amostras sob investigação, é aproximadamente 30 vezes maior do que as áreas distantes dos ressonadores.

Os pesquisadores também mostraram que os materiais plasmônicos podem ser usados ​​para aumentar a sensibilidade da espectroscopia IR e PTIR para análise química, aumentando a intensidade da luz local, e assim, o sinal espectroscópico.

Seu trabalho demonstrou ainda mais a versatilidade do PTIR como uma ferramenta de medição que permite a medição simultânea da forma de um nanomaterial, Tamanho, e composição química - as três características que determinam as propriedades de um nanomaterial. Ao contrário de muitos outros métodos de sondagem de materiais em nanoescala, PTIR não interfere com o material sob investigação; não requer que o pesquisador tenha conhecimento prévio das propriedades ópticas ou da geometria do material; e retorna dados que são mais facilmente interpretáveis ​​do que outras técnicas que exigem a separação da resposta da amostra da resposta da sonda.