p Um novo método para construir "pontes levadiças" entre nanopartículas de metal pode permitir que os fabricantes de eletrônicos construam telas coloridas usando nanopartículas de dispersão de luz que são semelhantes aos materiais de ouro que os artesãos medievais usaram para criar vitrais vermelhos. p "Não seria interessante se pudéssemos criar vitrais que mudassem de cor com o toque de um botão?" disse Christy Landes, professor associado de química da Rice e pesquisador-chefe de um novo estudo sobre o método da ponte levadiça que aparece esta semana no jornal de acesso aberto Avanços da Ciência .

p A pesquisa de Landes e outros especialistas do Instituto Smalley-Curl da Rice University pode permitir que os engenheiros usem técnicas de comutação elétrica padrão para construir telas coloridas a partir de pares de nanopartículas que espalham diferentes cores de luz.

p Durante séculos, fabricantes de vitrais usaram as propriedades de dispersão de luz de minúsculas nanopartículas de ouro para produzir vidro com ricos tons de vermelho. Tipos de materiais semelhantes podem cada vez mais encontrar uso na eletrônica moderna, à medida que os fabricantes trabalham para torná-los menores, componentes mais rápidos e com maior eficiência energética que operam em frequências ópticas.

p Embora as nanopartículas de metal espalhem luz brilhante, pesquisadores descobriram que é difícil persuadi-los a produzir cores dramaticamente diferentes, Landes disse.

p O novo método de ponte levadiça de Rice para troca de cor incorpora nanopartículas de metal que absorvem a energia da luz e a convertem em plasmons, ondas de elétrons que fluem como um fluido pela superfície de uma partícula. Cada plasmon se espalha e absorve uma frequência característica de luz, e mesmo pequenas mudanças no movimento ondulatório de um plasmon mudam essa frequência. Quanto maior a mudança na frequência plasmônica, quanto maior a diferença entre as cores observadas.

p "Os engenheiros que desejam fazer uma exibição a partir de nanopartículas opticamente ativas precisam ser capazes de mudar a cor, "Landes disse." Esse tipo de troca tem se mostrado muito difícil de conseguir com nanopartículas. As pessoas alcançaram sucesso moderado usando vários esquemas de acoplamento de plasmon em montagens de partículas. O que mostramos é uma variação do próprio mecanismo de acoplamento, que pode ser usado para produzir grandes mudanças de cor de forma rápida e reversível. "

p Para demonstrar o método, Landes e o autor do estudo Chad Byers, uma estudante de pós-graduação em seu laboratório, pares ancorados de nanopartículas de ouro a uma superfície de vidro coberta com óxido de índio e estanho (ITO), o mesmo condutor que é usado em muitas telas de smartphones. Ao selar as partículas em uma câmara cheia com um eletrólito de água salgada e um eletrodo de prata, Byers e Landes foram capazes de formar um dispositivo com um circuito completo. Eles então mostraram que podiam aplicar uma pequena voltagem ao ITO para galvanizar prata na superfície das partículas de ouro. Nesse processo, as partículas foram primeiro revestidas com uma fina camada de cloreto de prata. Aplicando posteriormente uma tensão negativa, os pesquisadores formaram uma "ponte levadiça" de prata condutora. A reversão da tensão fez com que a ponte se retirasse.

p "A grande vantagem dessas pontes químicas é que podemos criá-las e eliminá-las simplesmente aplicando ou invertendo uma voltagem, "Landes disse." Este é o primeiro método já demonstrado para produzir drama, mudanças reversíveis de cor para dispositivos construídos a partir de nanopartículas ativadas por luz. "

p Byers disse que sua pesquisa sobre o comportamento plasmônico dos dímeros de ouro começou há cerca de dois anos.

p "Estávamos perseguindo a ideia de que poderíamos fazer mudanças significativas nas propriedades ópticas de partículas individuais simplesmente alterando a densidade de carga, "disse ele." A teoria prevê que as cores podem ser alteradas apenas adicionando ou removendo elétrons, e queríamos ver se poderíamos fazer isso de forma reversível, simplesmente ligando ou desligando a tensão. "

p Os experimentos funcionaram. A mudança de cor foi observada e reversível, mas a mudança na cor foi minuciosa.

p "Não ia deixar ninguém animado com qualquer tipo de aplicativo de exibição comutável, "Landes disse.

p Mas ela e Byers também notaram que seus resultados diferiam das previsões teóricas.

p Landes disse que isso ocorre porque as previsões foram baseadas no uso de um eletrodo inerte feito de um metal como o paládio, que não está sujeito à oxidação. Mas a prata não é inerte. Ele reage facilmente com o oxigênio do ar ou da água para formar uma camada de óxido de prata desagradável. Esta camada oxidante também pode se formar a partir de cloreto de prata, e Landes disse que isso é o que estava ocorrendo quando o contra-eletrodo de prata foi usado nos primeiros experimentos de Byers.

p "Era uma imperfeição que estava atrapalhando nossos resultados, mas ao invés de fugir disso, decidimos usá-lo a nosso favor, "Landes disse.

p Naomi Halas, pioneira e co-autora do estudo de plasmonics de arroz, diretor do Instituto Smalley-Curl, disse que a nova pesquisa mostra como os componentes plasmônicos podem ser usados ​​para produzir telas coloridas comutáveis ​​eletronicamente.

p "Nanopartículas de ouro são particularmente atraentes para fins de exibição, "disse Halas, Stanley C. Moore, professor de Engenharia Elétrica e da Computação e professor de química, de Rice, Bioengenharia, física e astronomia, e ciência de materiais e nanoengenharia. "Dependendo de sua forma, eles podem produzir uma variedade de cores específicas. Eles também são extremamente estáveis, e embora o ouro seja caro, muito pouco é necessário para produzir uma cor extremamente brilhante. "

p Na concepção, testar e analisar os experimentos de acompanhamento em dímeros, Landes e Byers se envolveram com um grupo de especialistas em plasmonics Rice que incluía Halas, físico e engenheiro Peter Nordlander, químico Stephan Link, a cientista de materiais Emilie Ringe e seus alunos, bem como Paul Mulvaney da University of Melbourne, na Austrália.

p Juntos, a equipe confirmou a composição e espaçamento dos dímeros e mostrou como pontes levadiças de metal podem ser usadas para induzir grandes mudanças de cor com base em entradas de voltagem.

p Nordlander e Hui Zhang, os dois teóricos do grupo, examinou o "acoplamento plasmônico do dispositivo, "a dança de interação em que os plasmons se envolvem quando estão em contato próximo. Por exemplo, dímeros plasmônicos são conhecidos por agirem como capacitores ativados por luz, e pesquisas anteriores mostraram que a conexão de dímeros com pontes de nanofios traz um novo estado de ressonância conhecido como "plasmon de transferência de carga, ", que tem sua própria assinatura óptica distinta.

p "A ponte eletroquímica do gap interpartículas permite uma transição totalmente reversível entre dois regimes de acoplamento plasmônico, um capacitivo e o outro condutivo, "Nordlander disse." A mudança entre esses regimes é evidente a partir da evolução dinâmica do plasmon de transferência de carga. "

p Halas disse que o método fornece aos pesquisadores plasmônicos uma ferramenta valiosa para controlar com precisão as lacunas entre os dímeros e outras configurações plasmônicas multipartículas.

p "Em um sentido aplicado, o controle de gap é importante para o desenvolvimento de dispositivos plasmônicos ativos, como interruptores e moduladores, mas também é uma ferramenta importante para cientistas básicos que estão conduzindo pesquisas guiadas por curiosidade no campo emergente da plasmônica quântica. "