Het opkomende gebied van plasmonica zou vooruitgang kunnen brengen in de chemische productie, nieuwe schone en duurzame technologieën en ontziltingssystemen inluiden om een ​​toekomstige wereldwijde watercrisis af te wenden.

Plasmonische materialen bevatten kenmerken, patronen of elementen die een ongekende controle over licht mogelijk maken door gebruik te maken van wolken van elektronen die oppervlakteplasmonen worden genoemd.

"Plasmonics biedt de ultieme controle over licht en fotochemie, met behulp van metalen nanostructuren die elektromagnetische energie kunnen concentreren in volumes op nanoschaal, " zei Vladimir M. Shalaev, Purdue University's Bob en Anne Burnett Distinguished Professor in Electrical and Computer Engineering. "Het kan een transformerende impact hebben op de manier waarop we zullen rijden, manipuleren, uitbreiden, en toekomstige chemische processen te monitoren."

Het potentieel voor praktische toepassingen wordt besproken in een commentaar dat op vrijdag (2 juni) verschijnt in de sectie Perspectives van Wetenschap tijdschrift. Het artikel is geschreven door gastwetenschapper Alberto Naldoni; Shalaev; en Mark Brongersma, een professor in de afdeling Materials Science and Engineering aan de Stanford University.

Oppervlakteplasmonen en "resonante nanostructuren" kunnen worden gebruikt voor de ultra-efficiënte productie van chemicaliën en brandstoffen. Een voorbeeld is het mogelijke gebruik van deze nanostructuren in combinatie met halfgeleiderapparaten die licht oogsten om katalyse uit te voeren.

Als halfgeleiders verlicht zijn, van elektronen wordt gezegd dat ze "opgewonden, " bewegen van het ene energieniveau, of band, naar een ander en laat 'gaten' achter. Oppervlakteplasmonen zijn groepen elektronen die gezamenlijk opgewonden raken en dan "vervallen, " of energie verliezen, opnieuw uitzendende fotonen of zeer energetische, "heet, " elektronen en gaten. Deze hete elektronen kunnen worden gebruikt om chemische reacties aan te sturen.

Innovaties in de plasmonica zouden het mogelijk kunnen maken om nieuwe soorten chemie te onderzoeken die normaal gesproken alleen mogelijk zijn bij hoge temperaturen en drukken. De oppervlakteplasmonen veroorzaken "plaatselijke verwarming, " wat veelbelovend is voor toepassingen zoals chemische scheiding en distillatie voor industriële processen, en ontzilting van zout water.

"De wereld wordt geconfronteerd met een zoetwatercrisis, en goedkoop, efficiënte productie van zoet water uit zout water zou een einde maken aan deze wereldwijde uitdaging, " zei Shalaev. "Plasmonische nanodeeltjes kunnen zelf worden geassembleerd in de nanokanalen van een membraan dat op water drijft. Bij bestraling, het plasmonische apparaat absorbeert meer dan 96 procent van het zonnespectrum en concentreert de geabsorbeerde energie in watervolumes op nanoschaal, waardoor stoomopwekking en efficiënte ontzilting mogelijk wordt."

Plasmonics kan ook worden gecombineerd met DNA om op maat gemaakte "driedimensionale metamoleculen" en door licht aangedreven moleculaire robots te produceren voor toepassingen in de chemie, technologie en geneeskunde.

"Zulke plasmonische machines zouden kunnen worden geïmplementeerd voor het uitvoeren van slimme operaties zoals transport van moleculen en informatieverwerking, " hij zei.

Het opschalen van plasmonische chemie naar het industriële niveau zou de ontwikkeling van nieuwe alternatieve plasmonische materialen vereisen, het gebruik van "metasurfaces" en flexibele nanofotonische platforms.

“De transitie naar een schone en duurzame samenleving vindt al plaats, " zei Shalaev. "Plasmonics kan deze omschakeling helpen versnellen door mogelijk te maken, manipuleren, verbeteren, en het bewaken van chemische processen met precisie en controle op atomaire schaal."