p Alinhar nanopartículas de ouro em trincheiras estreitas esculpidas em um substrato de ouro permitiu aos pesquisadores do A * STAR aumentar significativamente um efeito óptico que dobra a frequência da luz incidente1. Esta abordagem pode ajudar a produzir dispositivos miniaturizados 'on-chip' que convertem a frequência da luz. p Nanopartículas de metais, como ouro, atuam como antenas em miniatura para luz, concentrar o campo eletromagnético da luz incidente. Esta intensificação de campo pode ser explorada para aumentar os efeitos ópticos não lineares, que ocorrem apenas em campos muito fortes.

p Um desses efeitos não lineares é a geração de segundo harmônico (SHG), em que dois fótons de entrada com a mesma frequência se combinam para formar um fóton com o dobro da frequência. Considerações de simetria, Contudo, impedir que SHG ocorra dentro de uma estrutura de ouro; só pode ocorrer em uma superfície dourada. Esta limitação impediu anteriormente o uso de nanopartículas de ouro para SHG.

p Agora, Joel Yang e Zhaogang Dong do Instituto A * STAR de Pesquisa de Materiais e Engenharia e colegas de trabalho resolveram esse problema produzindo estruturas de ouro nas quais nanopartículas de ouro de aproximadamente 8 nanômetros de diâmetro revestidas com um composto orgânico são comprimidas em 12 nanômetros largas trincheiras. Isso cria lacunas de cerca de dois nanômetros de largura em cada lado das nanopartículas (veja a imagem). Essas pequenas lacunas têm uma função dupla - tanto impulsionar o aprimoramento do campo das nanopartículas quanto aumentar a interação da luz com a superfície do ouro.

p O aprimoramento é impressionante. A combinação desses dois efeitos aumenta o SHG em mais de 4, 000 vezes em comparação com quando as mesmas nanopartículas de ouro são colocadas em um substrato de ouro plano. "Este aprimoramento no SHG é um dos maiores já relatados, "observa Yang.

p A equipe produz as estruturas em duas etapas; eles usaram um processo de litografia "de cima para baixo" para criar as trincheiras e, em seguida, uma automontagem "de baixo para cima" para lançar as nanopartículas nas trincheiras. Mais importante, ambos os processos são escaláveis, para que as estruturas pudessem ser fabricadas em uma escala comercialmente viável.

p Embora os cristais não lineares convencionais que realizam SHG em seus interiores ainda tenham maior eficiência de conversão, o pequeno tamanho das nanoestruturas as torna muito atraentes para a realização de SHG em escalas muito pequenas, incluindo dispositivos que podem ser integrados em chips. Yang observa que há muito espaço para otimização. "Há muito espaço para melhorias, especialmente para alcançar SHG em um formato miniaturizado, " ele diz.

p Os pesquisadores estão explorando o uso de outros materiais para alcançar melhorias ainda maiores de SHG. Eles também estão em contato com uma empresa sediada em Cingapura com o objetivo de comercializar a técnica no futuro.