Wetenschappers van vier Amerikaanse universiteiten hebben een manier gevonden om de door licht geactiveerde nanoschillen van Rice University te gebruiken als bouwstenen voor 2D- en 3D-structuren die kunnen worden gebruikt in chemische sensoren, nanolasers en bizarre lichtabsorberende metamaterialen. Net zoals een kind Legoblokken zou kunnen gebruiken om 3D-modellen van complexe gebouwen of voertuigen te bouwen, de wetenschappers gebruiken de nieuwe chemische zelfassemblagemethode om complexe structuren te bouwen die kunnen vallen, licht opslaan en buigen.

Het onderzoek verschijnt deze week in de uitgave van het tijdschrift Wetenschap .

"We hebben de methode gebruikt om een ​​zeven-nanoshell-structuur te maken die een bepaald type interferentiepatroon creëert, een Fano-resonantie genaamd, " zei co-auteur Peter Nordlander, hoogleraar natuurkunde en sterrenkunde aan Rice. "Deze resonanties komen voort uit eigenaardige interferentie-effecten van lichtgolven, en ze komen alleen voor in door de mens gemaakte materialen. Omdat deze heptameren zelf-geassembleerd zijn, ze zijn relatief eenvoudig te maken, dus dit kan aanzienlijke commerciële gevolgen hebben."

Vanwege de unieke aard van Fano-resonanties, de nieuwe materialen kunnen licht opvangen, energie opslaan en licht buigen op bizarre manieren die geen enkel natuurlijk materiaal kan. Nordlander zei dat de nieuwe materialen bij uitstek geschikt zijn voor het maken van ultragevoelige biologische en chemische sensoren. Hij zei dat ze ook nuttig kunnen zijn in nanolasers en mogelijk in geïntegreerde fotonische circuits die op licht in plaats van op elektriciteit werken.

Het onderzoeksteam werd geleid door de toegepaste natuurkundige Federico Capasso van Harvard University en omvatte ook nanoshell-uitvinder Naomi Halas, Rice's Stanley C. Moore Professor in Electrical and Computer Engineering en professor in de natuurkunde, scheikunde en biomedische technologie.

Nordlander, 's werelds toonaangevende theoreticus op het gebied van nanodeeltjesplasmonica, had in 2008 voorspeld dat een heptameer van nanoshells Fano-resonanties zou produceren. Dat papier stimuleerde Capasso's inspanningen om de structuur te fabriceren, aldus Nordlander.

De nieuwe zelfassemblagemethode die is ontwikkeld door het team van Capasso, werd ook gebruikt om magnetische drie-nanoshell-trimeren te maken. De optische eigenschappen hiervan worden beschreven in het Science paper, waarin ook wordt besproken hoe de zelfassemblagemethode kan worden gebruikt om nog complexere 3D-structuren te bouwen.

nanoschelpen, de bouwstenen die in de nieuwe studie zijn gebruikt, zijn ongeveer 20 keer kleiner dan rode bloedcellen. in vorm, ze lijken op gemoute melkballetjes, maar ze zijn bedekt met goud in plaats van chocolade, en hun centrum is een bol van glas. Door de grootte van het glazen centrum en de dikte van de gouden schelp te variëren, Hala's kunnen nanoschillen creëren die interageren met specifieke golflengten van licht.

"Nanoschelpen behoorden al tot de meest veelzijdige van alle plasmonische nanodeeltjes, en deze nieuwe zelfassemblagemethode voor complexe 2D- en 3D-structuren voegt daar gewoon aan toe, " zei Halas, die heeft meegewerkt aan de ontwikkeling van een aantal biologische toepassingen voor nanoschillen, inclusief diagnostische toepassingen en een minimaal invasieve procedure voor de behandeling van kanker.