p Como um diapasão atingido por um martelo, minúsculos nanodiscos de ouro podem ser feitos para vibrar em frequências ressonantes quando atingidos pela luz. Em uma nova pesquisa, Os pesquisadores da Rice University mostraram que podem alterar seletivamente essas frequências vibracionais reunindo nanodiscos de diferentes tamanhos em grupos. p "Na analogia do diapasão, seria como se pudéssemos alterar os sons de vários garfos, aproximando-os, "disse o nanocientista de Rice Stephan Link, o pesquisador principal em um estudo nesta semana Proceedings of the National Academy of Sciences . "Mas na nanoescala, não ouvimos uma mudança tonal; em vez disso, vemos uma pequena mudança na cor. Mostramos que agrupando nanodiscos, podemos mudar sua ressonância acústica de uma forma ordenada e previsível, o que pode ser útil em optomecânica. "

p A optomecânica é um ramo mesclado da física, ciência dos materiais e nanofotônica que se concentra nas interações entre dispositivos mecânicos e luminosos. Os sistemas optomecânicos são usados ​​em telecomunicações, microscopia, computação quântica e sensores, incluindo os interferômetros de laser que detectaram as primeiras ondas de gravidade em 2016.

p O associado de pesquisa de pós-doutorado de Rice, Chongyue Yi, e seus colegas no laboratório de Link e o grupo de pesquisa da pioneira em nanofotônica de Rice, Naomi Halas, criaram e testaram mais de uma dúzia de agrupamentos de amostras de nanodiscos usando litografia de feixe de elétrons. Cada grupo de minúsculos discos de ouro ficava sobre uma superfície plana chamada substrato, que às vezes era vidro comum e às vezes óxido de alumínio. Yi, o primeiro autor do estudo, supervisionou testes em nanodiscos que variam em tamanho de 78 a 178 nanômetros de diâmetro, que foram configurados em padrões contendo dois a 12 discos.

p Yi usou dois conjuntos de feixes de laser para testar a ressonância dos grupos. Um pulso de laser foi usado para atingir os discos, que adicionou uma explosão de energia análoga à do martelo batendo no diapasão. O pulso de luz forneceu uma explosão quase instantânea de calor, o que fez com que os discos de metal se expandissem e contraíssem muito rápido, vários bilhões de vezes a cada segundo. Um segundo feixe de laser foi usado para sondar essas vibrações, detectando pequenas mudanças em sua cor em um microscópio. A cor era devido aos plasmons de superfície, oscilações coerentes de elétrons da banda de condução, que experimentou flutuações de intensidade com a frequência ou velocidade na qual os discos se expandiram e contraíram.

p Os experimentos de Link e Yi mostraram que a frequência ressonante de discos menores mudou cerca de 20 por cento quando eles foram colocados perto de discos maiores. Em colaboração com teóricos da Rice e da Universidade de Melbourne, os pesquisadores determinaram que as vibrações acústicas de partículas maiores viajavam pelo substrato para modificar as ressonâncias de partículas menores. Para testar esta explicação, Yi conduziu experimentos adicionais para mostrar que ele poderia alterar previsivelmente as frequências de vibração de suas amostras, variando seu tamanho e distância, bem como as superfícies às quais estavam fixadas.

p "Realmente depende de qual substrato estamos usando, "Yi disse." Com vidro, a mudança de frequência é maior do que com óxido de alumínio. O vidro é mais macio. Se o material for mais rígido, é mais difícil fazê-lo vibrar. "

p Link disse que a pesquisa aponta para uma nova maneira de os engenheiros converterem a energia da luz em energia mecânica e vice-versa em nanoescala.

p "Isso nos dá um novo botão para o ajuste preciso da saída de luz de nanoestruturas metálicas, "disse ele." Isso abre a porta para novas aplicações em comunicações seguras, detecção e muito mais. "