Onderzoekers van de Chalmers University of Technology hebben een zeer eenvoudige nanoantenne gebouwd die rode en blauwe kleuren in tegengestelde richtingen stuurt. ook al is de antenne kleiner dan de golflengte van het licht. De bevindingen – gepubliceerd in het online tijdschrift Natuurcommunicatie deze week – kan ertoe leiden dat optische nanosensoren zeer lage concentraties gassen of biomoleculen kunnen detecteren.

Een structuur die kleiner is dan de golflengte van zichtbaar licht (390-770 nanometer) zou eigenlijk niet in staat moeten zijn om licht te verstrooien. Maar dat is precies wat de nieuwe nanoantenne doet. De truc van de Chalmers-onderzoekers is om een ​​antenne te bouwen met een asymmetrische materiaalsamenstelling, optische faseverschuivingen creëren.

De antenne bestaat uit twee nanodeeltjes op ongeveer 20 nanometer van elkaar op een glazen oppervlak, een van zilver en een van goud. Experimenten tonen aan dat de antenne zichtbaar licht verstrooit, zodat rode en blauwe kleuren in tegengestelde richtingen worden gericht.

"De verklaring voor dit exotische fenomeen zijn optische faseverschuivingen, " zegt Timur Shegai, een van de onderzoekers achter de ontdekking. "De reden is dat nanodeeltjes van goud en zilver verschillende optische eigenschappen hebben, in het bijzonder verschillende plasmonresonanties. Plasmonresonantie houdt in dat de vrije elektronen van de nanodeeltjes sterk oscilleren met de frequentie van het licht, wat op zijn beurt de lichtvoortplanting beïnvloedt, ook al is de antenne zo klein."

Helemaal nieuw is de methode die de onderzoekers van Chalmers gebruiken om het licht te beheersen door gebruik te maken van asymmetrische materiaalsamenstellingen, zoals zilver en goud. Het is gemakkelijk om zo'n nanoantenne te bouwen; de onderzoekers hebben aangetoond dat de antennes dicht over grote gebieden kunnen worden vervaardigd met behulp van goedkope colloïdale lithografie.

Het onderzoeksgebied van nanoplasmonica is een snel groeiend gebied, en betreft het regelen van hoe zichtbaar licht zich op nanoschaal gedraagt ​​met behulp van een verscheidenheid aan metalen nanostructuren. Wetenschappers hebben nu een geheel nieuwe parameter - asymmetrische materiaalsamenstelling - om te onderzoeken om het licht te beheersen.

Nanoplasmonica kan op verschillende gebieden worden toegepast, zegt Mikael Käll, hoogleraar in de onderzoeksgroep van Chalmers.

"Een voorbeeld zijn optische sensoren, waar je met plasmonen sensoren kunt bouwen die zo gevoelig zijn dat ze veel lagere concentraties gifstoffen of signaalstoffen kunnen detecteren dan tegenwoordig mogelijk is. Dit kan de detectie van afzonderlijke moleculen in een monster inhouden, bijvoorbeeld, om ziekten in een vroeg stadium te diagnosticeren, wat een snelle start van de behandeling vergemakkelijkt."