(Phys.org) —University of Illinois at Urbana-Champaign pesquisadores desenvolveram matrizes de minúsculas nanoantenas que podem permitir a detecção de moléculas que ressoam no espectro infravermelho (IR).

"A identificação de moléculas detectando suas ressonâncias de absorção únicas é muito importante para o monitoramento ambiental, controle de processos industriais e aplicações militares, "disse o líder da equipe Daniel Wasserman, professor de engenharia elétrica e da computação. Wasserman também faz parte do Laboratório de Micro e Nano Tecnologia em Illinois.

As indústrias alimentícia e farmacêutica usam a luz para detectar contaminantes e garantir a qualidade. A luz interage com as ligações nas moléculas, que ressoam em frequências particulares, dando a cada molécula uma "impressão digital espectral". Muitas moléculas e materiais ressoam mais fortemente na extremidade IV do espectro, que tem comprimentos de onda de luz muito longos - muitas vezes maiores do que as próprias moléculas.

"As assinaturas de absorção de algumas das moléculas de interesse para essas aplicações podem ser bastante fracas, e conforme mudamos para materiais em escala nano, pode ser muito difícil ver a absorção de volumes menores do que o comprimento de onda da luz, "Wasserman disse." É aqui que as superfícies do nosso conjunto de antenas podem ter um impacto significativo. "

Outros sistemas de antena em nanoescala não podem ser ajustados para um comprimento de onda de luz mais longo devido às limitações dos materiais tradicionais de nanoantena. A equipe de Illinois usou semicondutores altamente dopados, desenvolvido por uma técnica chamada epitaxia de feixe molecular, que é usada para fazer lasers e detectores de infravermelho.

"Nós mostramos que nanoestruturas fabricadas a partir de semicondutores altamente dopados atuam como antenas no infravermelho, "disse Stephanie Law, um pesquisador de pós-doutorado em Illinois e o principal autor do trabalho. "As antenas concentram essa luz de comprimento de onda muito longo em volumes de comprimento de onda ultrassub, e pode ser usado para detectar moléculas com ressonâncias de absorção muito fracas. "

Os arranjos de antenas semicondutoras permitem que a luz de longo comprimento de onda interaja fortemente com as amostras em nanoescala, assim, os arrays poderiam aprimorar a detecção de pequenos volumes de materiais com um espectrômetro de infravermelho padrão - que já é um equipamento comum em muitos laboratórios industriais e de pesquisa.

Os pesquisadores demonstraram ainda sua capacidade de controlar a posição e a força da ressonância da antena, ajustando as dimensões da nanoantena e as propriedades do material semicondutor.

O grupo continuará a explorar novas formas e estruturas para aprimorar ainda mais a interação luz-matéria em escalas muito pequenas e para integrar potencialmente esses materiais com outros sistemas de detecção.

"Estamos procurando integrar essas estruturas de antenas com dispositivos optoeletrônicos para torná-las mais eficientes, menor, componentes optoeletrônicos para aplicações de detecção e segurança, "Wasserman disse.

O artigo é intitulado "All-Semiconductor Plasmonic Nanoantennas for Infrared Sensing."