p A nanoplasmônica - o estudo da manipulação da luz em escala nanométrica - tem contribuído para a produção de novos dispositivos para detecção química e biológica, processamento de sinais e energia solar. Contudo, componentes em escalas tão pequenas experimentam efeitos estranhos que a eletrodinâmica clássica não consegue explicar. Um desafio particular para os teóricos está em isolar os chamados efeitos "não locais", em que as propriedades ópticas de uma partícula não são constantes, mas dependem de campos eletromagnéticos próximos. p Agora, Joel Yang e colegas do Instituto A * STAR de Pesquisa e Engenharia de Materiais em Cingapura, com colegas de trabalho no Reino Unido e na China, usaram simulações e experimentos para investigar os efeitos não locais exibidos por elétrons em nanoestruturas metálicas.

p A equipe desenvolveu simulações tridimensionais de espectros de espectroscopia de perda de energia de elétrons (EELS). EELS é uma técnica de laboratório poderosa que pode fornecer informações sobre geometrias de nanoestruturas, mas também dá origem a efeitos não locais. Um dispositivo EELS é usado para disparar elétrons energéticos em uma nanoestrutura de metal e então medir quanta energia os elétrons perdem quando excitam ressonâncias plasmônicas na amostra. Anteriormente, tinha sido difícil para os experimentalistas interpretar corretamente os espectros de EELS porque os efeitos não locais não são considerados na teoria atual - as soluções relevantes das equações de campo de Maxwell.

p Yang e colegas de trabalho apresentam a primeira solução tridimensional completa das equações de Maxwell para uma amostra sendo sondada por uma fonte EELS. "Nossa configuração teórica imita a configuração experimental e as equações foram, pela primeira vez, implementado e resolvido usando software comercial, "diz Yang.

p Os pesquisadores aplicaram sua teoria a nanoprismas de ouro triangulares e concluíram que efeitos não locais significativos ocorrem quando o comprimento lateral dos prismas é menor que 10-50 nanômetros, causando uma dispersão espacial de campos eletromagnéticos. Eles então examinaram resultados reais de EELS para nanoestruturas de ouro 'gravata borboleta' - cada gravata borboleta de ouro foi criada pela junção de dois nanoprismas em seus picos usando pontes de ouro tão estreitas quanto 1,6 nanômetros (veja a imagem).

p As gravatas-borboleta reais exibiram uma dispersão de campo espacial semelhante àquela antecipada para prismas simples, mas com condução de alta frequência bastante reduzida nas pontes conectivas estreitas. Os pesquisadores especulam que a redução do campo é causada por dois fatores não incluídos em seu modelo - confinamento quântico nas pontes estreitas, bem como espalhamento de elétrons dos contornos dos grãos. Esses fatores ajudam a explicar a interação entre não localidade e geometria.

p "Os modelos existentes tendem a tratar os metais como tendo propriedades ópticas homogêneas, "diz Yang." Nossos resultados sugerem que na nanoescala precisamos levar em conta o confinamento quântico e a granularidade. "