Van bepaalde metalen nanostructuren is bekend dat ze een duidelijk asymmetrisch spectraal kenmerk vertonen. Deze karakteristieke eigenschap, bekend als een Fano-resonantie, heeft veel aandacht getrokken vanwege zijn potentieel in detectietoepassingen.

Fano-resonantie wordt veroorzaakt door de interferentie van twee eigenmodi (modi van elektronenexcitaties), dus zijn vorm en golflengte zijn gevoelig voor kleine variaties in de omgeving. Een kleine verandering in de brekingsindex, bijvoorbeeld, kan leiden tot een grote verandering in de Fano-resonantie.

Tot dusver, de meeste metalen structuren die worden gebruikt om Fano-resonanties te genereren, zijn gemaakt van goud. De golflengte van dergelijke Fano-resonanties ligt typisch in het infraroodgebied, wat niet ideaal is voor praktische detectietoepassingen. Jing Bo Zhang en collega's van het A * STAR Data Storage Institute hebben nu een zilveren nanostructuur met dubbele schijf voorgesteld voor het genereren van Fano-resonantie in het zichtbare bereik.

De nanostructuur bestaat uit een ring met twee schijven, bestaande uit twee zilveren schijven, tientallen nanometers breed meten, geplaatst in een zilveren ring. De onderzoekers berekenden de optische modi van de structuren met behulp van de finite-difference time-domain (FDTD)-methode. Ze ontdekten dat de koppeling tussen een van de dual-disk eigenmodes en een van de ring-eigenmodes een Fano-resonantie produceert met een golflengte van net onder de 700 nanometer, ruim binnen het zichtbare spectrum.

De vorm en golflengte van de Fano-resonantie kunnen nauwkeurig worden afgesteld door de geometrische parameters te variëren die de ringstructuur met twee schijven definiëren. Het belangrijkste vermogen van een biomolecuulsensor is zijn reactie op een verandering in de omgeving. De berekeningen toonden aan dat door de brekingsindex van de omgeving te verhogen, de Fano-resonantie is sterk roodverschoven. Dit is om een ​​geval te simuleren waarin een dunne laag van een diëlektrisch materiaal, zoals een laag van specifieke biomoleculen, wordt verondersteld om de nanostructuur te dekken.

De berekeningen waren veelbelovend, maar moesten experimenteel worden geverifieerd. De onderzoekers gebruikten elektronenstraallithografie en overeenkomstige nanoverwerkingstechnieken om zilveren dubbele schijfringen op kwarts te fabriceren en namen inderdaad Fano-resonantie waar in het zichtbare lichtbereik.

Waarneming van de Fano-resonantie en zijn gevoeligheid voor omgevingsveranderingen in het zichtbare bereik is een belangrijk resultaat voor detectietoepassingen. De onderzoekers willen het ontwerp van de nanostructuur verder verbeteren. "We hebben al de optimale geometrie van ringstructuren met twee schijven voor biosensing bepaald en gefabriceerd, ', zegt Zhang. "Vervolgens gaan we het oppervlak van de structuur chemisch functionaliseren om de detectiekracht experimenteel te onderzoeken en te verbeteren."