Goud. Het woord doet denken aan trouwringen, begraven schat en Californië in de jaren 1840. Maar als goud wordt teruggebracht tot 1/100, 000 zo groot als een mensenhaar, het krijgt een geheel nieuwe persoonlijkheid.

Door gouden nanodeeltjes aan het oppervlak van een microlaser te hechten, onderzoekers van de USC Viterbi School of Engineering demonstreerden een frequentiekam die minder ruimte in beslag neemt en 1000 keer minder stroom vraagt ​​dan de huidige kamtechnologie.

Een frequentiekam is een apparaat dat een regenboog van licht kan creëren uit een enkele kleur. Deze apparaten zijn gebruikt om de cyberbeveiliging te verbeteren, detectie van giftige chemicaliën, en GPS. Echter, deze industriële kammen worden gegenereerd met behulp van grote systemen die watt ingangsvermogen vereisen. Om kleinere systemen te creëren die residentiële of draagbare toepassingen mogelijk maken, de stroomvereisten voor het genereren van golflengten en de grootte van het apparaat moeten aanzienlijk worden verminderd.

Het onderzoeksteam onder leiding van Andrea Armani, een professor in de Mork Family Department of Chemical Engineering and Materials Science, heeft frequentiekammen aangetoond die slechts milliwatt ingangsvermogen nodig hebben door gouden nanostaafjes aan het oppervlak van een enkele microlaser te bevestigen. Door de interactie van het licht van de microlaser met de gouddeeltjes worden veel extra golflengten gegenereerd. Dit proces wordt verder verbeterd door een polymeercoating op de nanodeeltjes. De stroomreductie verkleint de voetafdruk van het systeem en brengt de technologie van het laboratorium naar praktijktoepassingen waar zowel stroomverbruik als grootte belangrijk zijn.

"Deze resultaten illustreren wat er kan gebeuren als onderzoekers uit verschillende vakgebieden samenwerken aan een fundamenteel wetenschappelijk probleem met toegepaste onderzoeksimpact, " zei Armani, de Ray Irani-leerstoel in Engineering and Materials Science, wiens lab deel uitmaakt van het nieuwe USC Michelson Center for Convergent Bioscience.

"Door expertise in optica en in nanomaterialen te combineren, we hebben uitzonderlijk snelle vooruitgang geboekt die de conventionele gedachte in het veld dat gouden nanodeeltjes schadelijk zouden zijn voor de laser, uitgedaagd en weerlegd."

Mede-hoofdauteur Vinh Diep beschrijft het project als het gebruik van innovaties in nanomaterialen om een ​​geïntegreerd opticaprobleem op te lossen.

"De rol van de gouden nanostaafjes is om de intensiteit van het licht dat in het apparaat circuleert te verhogen, "Zei Diep. "Het licht met een hogere intensiteit kan dan interageren met organische moleculen op het oppervlak van het goud om andere golflengten van licht te genereren. Dit gecombineerde effect zorgt ervoor dat de generatie van de kam kan beginnen met een veel lager vermogen dan de traditionele gepulseerde laserbenadering."

diep, een promovendus materiaalkunde, legde uit dat een frequentiekam die talrijke emissiegolflengten over een groot golflengtebereik bevat, voordelig is. Door de gouden nanorod-coating te gebruiken, het onderzoeksteam observeerde een kam die een golflengtebereik van 300 nanometer kan overspannen. Zonder de gouden nanostaafjes, een kam kan niet met hetzelfde vermogen worden gegenereerd.

Het demonstreren van een groot bereik toont het sterke potentieel van het apparaat voor toepassingen bij de ontwikkeling van een draagbaar chemisch spectroscopiesysteem, waarbij het chemische signaal alleen optreedt bij een specifieke golflengte, en de nauwkeurigheid is afhankelijk van de lichtbron.

Het onderzoek werd geleid door Vinh Diep en Rigoberto Castro-Beltrán, een USC-Conacyt Scholar aan de Universiteit van Guanajuato. Andere betrokken technische onderzoekers waren medepromovendus Soheil Soltani en postdoctoraal wetenschapper Eda Gungor. Het onderzoek is geaccepteerd voor publicatie in ACS Fotonica .