p Uma equipe de cientistas resolveu o antigo problema de como os elétrons se movem juntos como um grupo dentro de nanopartículas cilíndricas. p A nova pesquisa fornece um avanço teórico inesperado no campo do eletromagnetismo, com perspectivas para pesquisa de metamateriais.

p A equipe de físicos teóricos, da Universidade de Exeter e da Universidade de Estrasburgo, criou uma teoria elegante que explica como os elétrons se movem coletivamente em minúsculas nanopartículas de metal em forma de cilindros.

p O trabalho levou a uma nova compreensão de como a luz e a matéria interagem em nanoescala, Aland tem implicações para a realização de futuros dispositivos em nanoescala explorando metamateriais baseados em nanopartículas com propriedades ópticas espetaculares.

p Nanopartículas metálicas têm um núcleo iônico carregado positivamente, com uma nuvem de elétrons carregados negativamente girando em torno dele. Quando a luz incide sobre um objeto metálico, a nuvem eletrônica é deslocada.

p Esse deslocamento faz com que todo o grupo de elétrons entre em oscilação em torno do núcleo positivo. O grupo de elétrons espalhando-se para frente e para trás se comporta como uma única partícula (a chamada quase-partícula), conhecido como "plasmon".

p O plasmon é caracterizado principalmente pela frequência com que oscila, que é conhecida como frequência de ressonância do plasmon.

p Explorar como a frequência de ressonância do plasmon muda dependendo da geometria de sua nanopartícula hospedeira é uma tarefa fundamental no eletromagnetismo moderno. É comumente pensado que apenas algumas geometrias de nanopartículas particulares podem ser descritas com a teoria analítica, isto é, sem recurso a pesado, cálculos numéricos demorados.

p A lista de geometrias que permitem uma descrição analítica é amplamente considerada muito curta, sendo composto apenas de nanopartículas esféricas e elipsoidais.

p Este fato é altamente inconveniente devido à onipresença experimental de nanopartículas cilíndricas, que surgem em uma variedade de proporções de longo, nanofios semelhantes a agulhas para afinar, nanodiscos semelhantes a panquecas.

p Na pesquisa, os pesquisadores analisaram como os plasmons em nanopartículas cilíndricas oscilam. Usando uma técnica teórica inspirada na física nuclear, os pesquisadores construíram uma elegante teoria analítica que descreve o comportamento dos plasmons em cilindros com uma relação de aspecto arbitrária.

p A teoria permitiu uma descrição completa de nanopartículas plasmônicas cilíndricas, descrevendo simplesmente a ressonância plasmônica em nanopartículas metálicas de nanofios a nanodiscos circulares.

p Os dois teóricos da matéria condensada também consideraram a resposta plasmônica de um par de nanopartículas cilíndricas acopladas e encontraram correções mecânicas quânticas para sua teoria clássica, o que é relevante devido ao pequeno, dimensões nanométricas das nanopartículas.

p O Dr. Charles Downing, do departamento de Física e Astronomia da Universidade de Exeter, explica:"De forma bastante inesperada, nosso trabalho teórico fornece profundidade, visão analítica das excitações plasmônicas em nanopartículas cilíndricas, que pode ajudar a orientar nossos colegas experimentais que fabricam nanobastões metálicos em seus laboratórios. "

p Guillaume Weick, da Universidade de Estrasburgo, acrescenta:"Há uma tendência de aumentar a dependência de cálculos pesados ​​para descrever sistemas plasmônicos. Em nosso trabalho retrospectivo, revelamos que cálculos humildes em papel e caneta ainda podem explicar fenômenos intrigantes na vanguarda da pesquisa de metamateriais. "

p O avanço teórico é de utilidade imediata para uma série de cientistas que trabalham com nanoobjetos na ciência de ponta da plasmônica. Longo prazo, espera-se que as excitações plasmônicas possam ser exploradas na próxima geração de circuitos ultracompactos, conversão de energia solar e armazenamento de dados à medida que nossa tecnologia se torna cada vez mais miniaturizada.

p Os modos plasmônicos em nanopartículas cilíndricas e dímeros são publicados em Anais da Royal Society A .