Met behulp van de geometrische en materiaaleigenschappen van een unieke nanostructuur, Onderzoekers van Boston College hebben een nieuw fotonisch effect ontdekt waarbij oppervlakteplasmonen interageren met licht om "plasmonische halo's" met selecteerbare uitvoerkleuren te vormen. De bevindingen verschijnen in het tijdschrift Nano-letters .

De nieuwe nanostructuur bleek in staat om elektronengolven te manipuleren die bekend staan ​​​​als oppervlakteplasmonpolaritonen, of SPP's, die in de jaren vijftig werden ontdekt, maar de laatste tijd de aandacht van wetenschappers hebben getrokken vanwege hun mogelijke toepassingen op gebieden zoals golfgeleiding, laseren, kleurfiltering en afdrukken.

Het team plaatste een laag van een polymeerfilm op een glassubstraat en stippelde het oppervlak vervolgens uit met gaten die precies zijn gedefinieerd door een proces van elektronenstraallithografie, met behulp van de BC Integrated Sciences Nanofabrication Clean Room-faciliteit. Het team bracht vervolgens een laag zilver aan, dik genoeg om ondoorzichtig te zijn voor zichtbaar licht. Naast het afdekken van de dunne film bovenop, het zilver bedekte de contouren van de gaten in de film, evenals de blootgestelde cirkels van het glazen substraat eronder. Het effect produceerde een reeks zilveren microholtes.

Toen de onderzoekers licht van onderaf en door het glazen substraat stuurden, licht dat "lekte" door gaten op nanoschaal aan de randen van de microholtes, creëerde SPP-golven op hun bovenoppervlak. Bij bepaalde golflengten van het invallende licht, deze golven vormden modi of resonanties analoog aan akoestische golven op een drumvel, die op zijn beurt effectief het licht filterde dat naar de andere kant werd doorgelaten, rekening houdend met het "halo"-uiterlijk, zei Boston College Ferris hoogleraar natuurkunde Michael Naughton, die samen met Senior Research Associate Michael J. Burns en promovendus en hoofdauteur Fan Ye het rapport schreef. Het onderzoek van het team werd gefinancierd door de W. M. Keck Foundation.

Centraal in dit controle-effect zijn "stapgaten" gevormd langs de omtrek van elke cirkel, die de nanostructuur het vermogen geven om te moduleren welke lichtgolven er doorheen gaan. Het is binnen deze geometrie dat de interactie van licht op de zilveren oppervlaktecoating resulteerde in de excitatie van plasmongolven, zei Naughton. Onderzoek van de SPP's door de heer Ye met behulp van een optische microscoop met nabij-veldscanning bood unieke inzichten in de fysica die binnen de structuur aan het werk is, zei Naughton.

Door het type metaal aan te passen dat wordt gebruikt om de structuur te coaten of door de omtrek van de microholtes te variëren, Naughton zei dat de step-gap-structuur in staat is om de optische eigenschappen van het apparaat in het zichtbare lichtbereik te manipuleren, waardoor de onderzoekers nieuwe controle kregen over het filteren van licht.

Dit soort controle, het team meldt, zou toepassingen kunnen hebben op gebieden zoals biomedische plasmonica of discrete optische filtering.