Matrizes de nanopartículas metálicas podem formar uma cavidade óptica ajustável por cristais líquidos

FIGO. 1. (a) Representação esquemática do dispositivo com LC planar. O dispositivo consiste em um substrato de vidro revestido com ITO com uma matriz de nanopartículas fabricada na parte superior e coberta por uma camada de alinhamento PS. A camada LC é mantida no topo do PS por um segundo substrato de vidro revestido com ITO e uma camada de alinhamento PI. As direções de fricção das camadas de alinhamento são indicadas pelas setas laranja de duas pontas. O eixo óptico extraordinário é paralelo ao alinhamento LC, que neste caso é ao longo do eixo y. (b) Representação esquemática do mesmo dispositivo sob aplicação de um potencial elétrico e exibindo um LC homeotrópico. (c) Fotografia de dois dispositivos mostrados como os dois quadrados de arranjos com diferentes tamanhos de nanobastões, mas com iguais passos de arranjo. O ângulo em que a foto foi tirada permitiu que a difração dos comprimentos de onda azuis entrasse na câmera, daí a cor das matrizes de partículas. (d) Imagem de microscópio eletrônico de varredura da matriz de partículas com dimensões de nanobastões

O manuscrito "Electric tuning and switching of the resonant response of nanoparticle arrays with liquid crystals" de Erik van Heijst e colaboradores (PSN) foi selecionado como artigo de destaque e capa de revista na última edição do Journal of Applied Física e um artigo SciLight foi escrito pelo American Institute of Physics. Neste artigo, é mostrado como ressonâncias plasmônicas coletivas podem ser controladas eletricamente com cristais líquidos. Este é o primeiro manuscrito do EHCI e do ICMS juntos. Erik van Heijst fez seu trabalho como parte de sua pesquisa de graduação no departamento de Física Aplicada e Engenharia Química, onde obteve o diploma duplo no ano passado.
Ressonâncias plasmônicas em nanopartículas metálicas têm se mostrado promissoras para uma ampla gama de aplicações, incluindo nanolasers e biossensores nanométricos extremamente sensíveis. O campo da plasmônica tem visto melhorias constantes em direção ao controle ativo sobre ressonâncias usando o índice de refração do material entre nanopartículas.

Van Heijst et ai. projetou, construiu e analisou um dispositivo ajustável combinando matrizes de nanopartículas que suportam ressonâncias de rede de superfície coletiva (SLRs) com cristais líquidos. Ao alavancar a sintonização dos cristais líquidos e o efeito do índice de refração do ambiente em SLRs, a resposta óptica da matriz pode ser controlada eletricamente alternando entre os estados no cristal líquido. O ajuste espectral rápido e reversível resultante oferece aos usuários um grande grau de controle sobre o comprimento de onda SLR.

Ressonâncias coletivas estreitas dentro de matrizes são recursos-chave na capacidade do dispositivo de sintonizar a ressonância com esse controle.

"Como temos ressonâncias coletivas estreitas, as mudanças no índice de refração que podemos induzir com o cristal líquido são suficientes para deslocar a ressonância quase em toda a sua largura", disse o autor Jaime Gómez Rivas.

Apesar de serem deslocalizados em relação às nanopartículas individuais, os modos híbridos plasmônico-fotônicos de SLRs exibem grandes aprimoramentos da intensidade do campo elétrico.

Experimentalmente, o grupo descobriu que o deslocamento de energia do SLR era menor do que o indicado nas simulações, o que eles atribuem à superfície rugosa dos eletrodos de óxido de índio-estanho e ao alinhamento imperfeito dos cristais líquidos imposto pela estrutura das nanopartículas.

O grupo visa sintonizar a emissão de moléculas dispersas no cristal líquido, que poderão então ser acopladas à ressonância coletiva e, finalmente, permitir uma mudança na orientação do cristal. + Explorar mais