(Phys.org) -- Nieuw onderzoek aan de Rice University dat referentiepunten wil vaststellen tussen plasmonische deeltjes en polymeren zou kunnen leiden tot kleinere computerchips, betere antennes en verbeteringen in optisch computergebruik.

Materiaalwetenschappers profiteren van sterke interacties tussen chemicaliën om polymeren te vormen die zichzelf tot patronen assembleren en de basis vormen van dingen die mensen elke dag gebruiken. Alles wat gemaakt is van plastic is een goed voorbeeld.

Nutsvoorzieningen, Rijstwetenschappers hebben vergelijkbare patronen uitgewerkt in de manier waarop oppervlakteplasmonen - geladen "quasideeltjes" die in metaaldeeltjes stromen wanneer ze worden geëxciteerd door licht - elkaar beïnvloeden in ketens van gouden nanodeeltjes.

De resultaten van het werk van het Rice lab van Stephan Link, een assistent-professor scheikunde en elektrische en computertechniek, verschijnen online in het tijdschrift American Chemical Society Nano-letters .

Interacties tussen kleine dingen zijn de laatste tijd veel in het nieuws geweest met de ontdekking van tekens van het Higgs-deeltje en uitgebreide discussie over hoe de meest elementaire deeltjes op elkaar inwerken om het universum zijn vorm te geven. Het Rice-team bestudeert nanodeeltjes die orden van grootte groter zijn - hoewel nog steeds zo klein dat ze alleen met een elektronenmicroscoop kunnen worden gezien - met als doel te begrijpen hoe de meer elementaire elektromagnetische deeltjes zich gedragen.

Dit is belangrijk voor elektronica-ingenieurs die voortdurend op zoek zijn naar manieren om de grootte van computerchips en andere apparaten te verkleinen door steeds kleinere componenten zoals golfgeleiders. Het vermogen van nanodeeltjes om golven door te laten die kunnen worden geïnterpreteerd als signalen, kan de deur openen naar nieuwe methoden voor optisch computergebruik. Het werk kan ook bijdragen aan fijner afgestemde antennes en sensoren.

specifiek, de onderzoekers zochten naar de manieren waarop plasmonen elkaar beïnvloeden over kleine openingen - zo klein als één nanometer - tussen gouden nanodeeltjes. Hoofdauteur Liane Slaughter, een afgestudeerde Rice-student, en haar collega's ontwierpen ketens van deeltjes van 50 nanometer in enkele en dubbele rijen die de herhalende moleculaire patronen van polymeren nabootsten. Vervolgens keken ze naar de staande superstralende en onderstralende signalen die gezamenlijk werden ondersteund door de afzonderlijke assemblages van nanodeeltjes. De samenstelling van de keten in termen van nanodeeltjesgroottes, vormen en posities bepalen de frequenties van licht waarmee ze karakteristiek kunnen interageren.

"Bij plasmonica, we gebruiken individuele nanodeeltjes als bouwstenen om structuren van hogere orde te maken, "Zei Link. "Hier, we gebruiken concepten die bekend zijn bij polymeerwetenschappers om de structuren te analyseren van langere ketens van nanodeeltjes waarvan we denken dat ze op polymeren lijken."

"De fundamentele definitie van een polymeer is dat het een lang molecuul is waarvan de eigenschappen afhangen van de herhalende eenheid, "Slaughter zei. "Als je de atomen verandert die zich herhalen in de keten, dan verander je de eigenschappen van het polymeer."

"Wat we in onze assemblagestructuren hebben veranderd, was de herhalingseenheid - een rij met enkele deeltjes versus een dimeer (in de dubbele rij) - en we ontdekten dat dit paste in de analogie met chemische polymeren, omdat die verandering heel duidelijk de interacties langs de keten verandert, "Link toegevoegd.

Deze verandering van de basisstructuur van een enkele rij naar een dubbele rij leidde tot uitgesproken verschillen die werden aangetoond door extra onderstralingsmodi en een superstralingsmodus met lagere energie.

Twee extra interessante effecten leken universeel te zijn bij de plasmonische polymeren van het team. Een daarvan was dat de energie van de superstralende modus, die het resultaat is van de interactie over de meest herhalende eenheden, zou karakteristiek afnemen met de toevoeging van nanodeeltjes langs de lengte, tot ongeveer 10 deeltjes, en dan afvlakken. "Zodra je 10 herhalingseenheden hebt, you basically see an optical spectrum that will not change very much if you make a chain with 20 or 50 repeat units, " Link said.

The other was that disorder among the repeat units – the nanoparticles – only seems to matter at the small scale. "With chemically prepared nanoparticles, there's always a distribution of sizes and perhaps shapes, " Link said. "As you bring them close together, they couple really strongly, and that's a big advantage. Maar op het zelfde moment, we can never make structures that are perfect.

"So we wanted to understand the effect of disorder, and what we found was pretty amazing:As the system grows in size, the effect of disorder is less and less important on the optical properties. That also has a strong analogy in polymers, in which disorder can be seen as chemical defects, " hij zei.

"If the plasmonic interactions over the chain tolerate disorder, it gives promise to designing functional structures more economically and maybe with higher throughput, " Slaughter said. "With a whole bunch of small building blocks, even if they're not all perfectly alike, you can make a great variety of shapes and structures with broad tunability."