(PhysOrg.com) -- Ze zien eruit als 2-bij-4s, maar de materialen die in een laboratorium van de Rice University worden gemaakt, zijn meer geschikt voor constructie met licht.

Onderzoeker Jason Hafner noemt ze "nanobelts, " microscopisch kleine reepjes goud die onderdeel zouden kunnen worden van zeer afstembare sensoren of nanomedische apparaten.

Hafner, een universitair hoofddocent natuurkunde en sterrenkunde en scheikunde, en zijn collega's rapporteerden deze week online over hun ontdekking in het tijdschrift American Chemical Society Nano-letters .

Nanobelts vertegenwoordigen een unieke manier om licht op microscopische schaal te manipuleren. Ze verbinden kleinere nanodeeltjes zoals gouden nanostaafjes en nanoschillen die kunnen worden afgestemd om licht op bepaalde golflengten sterk te absorberen en het licht vervolgens rond te sturen of in specifieke richtingen uit te zenden.

Het effect is te wijten aan oppervlakteplasmonen, die optreden wanneer vrije elektronen in een metaal of gedoteerd diëlektricum sterk interageren met licht. Wanneer gevraagd door een laser, de zon of een andere energiebron, ze oscilleren als rimpelingen op een vijver en zenden energie opnieuw uit als licht of warmte. Ze zijn de focus van veel onderzoek vanwege hun potentiële voordelen in biomedische toepassingen, moleculaire detectie en micro-elektronica.

Nanobelts zijn uniek omdat de plasmonische golven over hun breedte voorkomen, niet langs hun lengte, zei Hafner. "Mijn intuïtie zegt dat dat niet waarschijnlijk is. Waarom zou je een scherpe resonantie krijgen in de korte richting als de elektronen lang kunnen gaan? Maar dat is wat er gebeurt."

Nanobelts verstrooien licht op een bepaalde golflengte (of kleur), afhankelijk van de aspectverhouding van hun doorsneden - breedte gedeeld door hoogte. Dat maakt ze zeer afstembaar, Hafner zei, door die beeldverhouding te regelen.

Hij wees er snel op dat zijn lab niet de eerste gouden nanobelts maakte. "We hebben eerst in de literatuur gezocht naar een manier om een ​​structuur te maken die een scherpe resonantie zou kunnen hebben, omdat we een grote veldverbetering wilden, " hij zei, verwijzend naar een techniek die hij gebruikt om het effect van de lokale omgeving op de emissie van nanodeeltjes te karakteriseren.

Het team vond wat het zocht in een Langmuir-paper uit 2008 van een team van Peking University. "Ze maakten dezelfde structuur, maar ze keken niet al te goed naar de optische eigenschappen, " zei hij. "Ze hebben prachtig werk verricht om de kristalstructuur en de groeirichting te ontdekken, en ze demonstreerden het gebruik van nanobelts in katalyse.

"Zodra we naar het monster in een donkerveldmicroscoop keken, we zagen meteen kleuren. We konden het gewoon niet geloven."

Hafner, een Rice-aluin uit 1996 die studeerde bij wijlen Nobelprijswinnaar Richard Smalley, zei dat het kweken van nanobelts een langzaam proces is. Het duurt 12 uur om een ​​batch nanobelts te synthetiseren, die in clusters lijken te groeien vanuit een centrale kern.

Het team heeft nanobanden tot 100 micron lang laten groeien, variërend van vierkante doorsneden -- 25 bij 25 nanometer -- tot afgeplatte, op 100 nanometer breed en 17 nanometer hoog. Ze ontdekten dat hoe platter de nanobelt, hoe meer het verstrooide licht naar rood verschoof.

"Mensen hebben elektronen bestudeerd die een lange weg afleggen in dit soort materialen, maar als ze te lang worden ontstemmen de resonanties uit het zichtbare en worden de pieken zo breed dat er geen scherpe resonantie meer is, " zei Hafner. "We gaan over de nanobelt, dus lengte maakt niet uit. De nanobelt kan een meter lang zijn en toch scherpe plasmonresonantie vertonen."

Co-auteurs van het artikel zijn afgestudeerde studenten Lindsey Anderson, Courtney Payne en Yu-Rong Zhen en Peter Nordlander, een professor in de natuurkunde en astronomie en in elektrische en computertechniek.