Pesquisadores da Rice University descobriram uma nova maneira de fazer medições de condutividade ultrassensível em frequências ópticas em componentes eletrônicos em nanoescala de alta velocidade.

A pesquisa do Laboratório de Nanofotônica de Rice (LANP) é descrita online em um novo estudo no jornal da American Chemical Society ACS Nano . Em uma série de experimentos, Os pesquisadores do LANP ligaram pares de nanodiscos de metal em forma de disco com nanofios metálicos e mostraram como o fluxo de corrente em frequências ópticas através dos nanofios produziu "plasmons de transferência de carga" com assinaturas ópticas únicas.

"O impulso para aumentar continuamente a velocidade dos componentes do microchip tem os pesquisadores olhando para dispositivos e componentes em nanoescala que operam em frequências ópticas para eletrônicos de última geração, "disse a Diretora do LANP Naomi Halas, o principal cientista do estudo. "Não se sabe como esses materiais e componentes operam em frequências de luz extremamente altas, e a nova técnica do LANP fornece uma maneira de medir as propriedades de transporte elétrico de nanomateriais e estruturas nessas frequências extremamente altas. "

Halas é Stanley C. Moore Professor de Engenharia Elétrica e de Computação e professor de Química, Bioengenharia, física e astronomia, e ciência de materiais e nanoengenharia. Seu laboratório é especializado no estudo de nanopartículas que interagem com a luz. Por exemplo, algumas nanopartículas metálicas convertem luz em plasmons, ondas de elétrons que fluem como um fluido pela superfície da partícula. Em dezenas de estudos nas últimas duas décadas, Os pesquisadores do LANP exploraram a física básica da plasmônica e mostraram como as interações plasmônicas podem ser aproveitadas para aplicações tão diversas quanto diagnósticos médicos, tratamento de câncer, coleta de energia solar e computação óptica.

Um tipo de interação plasmônica que a equipe de Halas estudou por muito tempo é o acoplamento plasmônico, um tipo de dança em interação em que os plasmons se envolvem quando duas ou mais partículas plasmônicas estão localizadas próximas uma da outra. Por exemplo, quando dois nanodiscos plasmônicos em forma de disco estão localizados próximos um do outro, eles agem como um minúsculo, capacitor ativado por luz. Quando um fio condutor é usado para unir os dois, suas energias de plasmon mudam e uma nova ressonância chamada plasmon de "transferência de carga", aparece em uma frequência distinta.

Na nova pesquisa, o principal autor do estudo, Fangfang Wen, um estudante de pós-graduação da Rice no LANP, examinou as propriedades ópticas de pares de nanodiscos em ponte. Quando ela criou plasmons aos pares, ela observou a carga fluindo para frente e para trás ao longo dos fios em frequências ópticas. Ao examinar os plasmons de transferência de carga nesses pares, ela descobriu que a corrente elétrica fluindo pela junção introduzia uma assinatura óptica característica.

"No caso em que um fio condutor estava presente na junção, vimos uma assinatura óptica muito diferente do caso sem fio, "Wen disse. Wen então montou uma série de experimentos onde ela variava a largura e a forma dos nanofios em ponte e repetia essas medições para nanofios de dois metais diferentes, ouro e alumínio.

Esses experimentos revelaram duas descobertas importantes. Primeiro, na extremidade inferior da escala de condutância, ela descobriu que mesmo as menores mudanças na condutividade resultavam em notáveis ​​mudanças ópticas - uma descoberta que poderia ser particularmente interessante para pesquisadores de eletrônica molecular que estão interessados ​​em medir a condutividade em estruturas tão pequenas quanto uma única molécula.

"Também descobrimos que nossa plataforma dava uma assinatura óptica diferente nos casos em que o nível de condutância era o mesmo, mas o material de junção era diferente, "Disse Wen." Se tivéssemos nanofios com a mesma condutância feitos de materiais diferentes, vimos uma assinatura óptica diferente. Se usássemos o mesmo material, com geometrias diferentes, vimos a mesma assinatura. "

Essa especificidade e repetibilidade também podem ser úteis para pesquisadores que desejam usar essa abordagem para identificar a condutância de nanofios, ou outros componentes eletrônicos em nanoescala, em frequências ópticas. "A condutância de frequência óptica da maioria dos materiais não é conhecida, "disse ela." Isso fornece um método útil e prático para medir essa propriedade.

"Para reduzir o tamanho da eletrônica, mesmo além dos limites de hoje, os cientistas querem estudar a transferência de elétrons através de uma única molécula, particularmente em extremamente alto, até mesmo frequências ópticas, "Wen disse." Tais mudanças não podem ser medidas usando dispositivos eletrônicos padrão ou instrumentos que operam em frequências de micro-ondas. Nossa pesquisa fornece uma nova plataforma para a medição de condutância em nanoescala em frequências ópticas. "

Em reconhecimento ao potencial da pesquisa para melhorar "a vida das pessoas por meio do poder transformador da química, "a American Chemical Society tornou o artigo uma Escolha dos Editores da ACS e está disponibilizando-o gratuitamente para acesso público online.