Vooruitgang bij de ontwikkeling van nanofotonische apparaten die bestand zijn tegen hoge temperaturen en zware omstandigheden voor toepassingen zoals gegevensopslag, voelen, gezondheidszorg en energie zullen afhangen van de onderzoeksgemeenschap en de industrie die nieuwe "plasmonkeramische" materialen gebruiken, volgens een commentaar deze week in het tijdschrift Wetenschap .

In een veelbelovende nanofotonische benadering - plasmonica - worden wolken van elektronen, oppervlakteplasmonen genoemd, gebruikt om licht op nanometerschaal te manipuleren en te regelen. Plasmonische apparaten in ontwikkeling zijn vaak afhankelijk van het gebruik van metalen zoals goud en zilver, die niet praktisch zijn voor de meeste industriële toepassingen omdat ze niet bestand zijn tegen extreme hitte en andere zware omstandigheden. Ze zijn ook niet compatibel met het complementaire metaal-oxide-halfgeleider (CMOS) productieproces dat wordt gebruikt om geïntegreerde schakelingen te construeren.

Nu stellen onderzoekers het gebruik van plasmonkeramiek voor, zoals titaniumnitride en zirkoniumnitride in plaats van goud en zilver.

"We hebben onlangs aangetoond dat plasmonkeramiek eigenschappen biedt die vergelijkbaar zijn met goud, maar voordelen heeft die deze edele metalen niet hebben, " zei Alexandra Boltasseva, een universitair hoofddocent elektrische en computertechniek aan de Purdue University.

Ze was co-auteur van een Perspectives-artikel deze week in Wetenschap met Vladimir M. Shalaev, wetenschappelijk directeur van nanofotonica bij Purdue's Birck Nanotechnology Center en een vooraanstaande professor in elektrische en computertechniek.

Plasmonische keramische materialen zijn veelbelovend voor verschillende potentiële ontwikkelingen, inclusief veel dichtere gegevensregistratie en -opslag dan nu mogelijk is; sensoren die bestand zijn tegen hoge temperaturen voor de olie- en gasindustrie; nieuwe soorten systemen voor het oogsten van licht en energieterugwinning; elektronische circuits die licht gebruiken om informatie te verwerken; en kankerbehandeling.

"Het kan maar een paar jaar duren voordat we een aantal apparaten en nieuwe functionaliteiten hebben die mogelijk worden gemaakt door plasmonics, ' zei Boltasseva.

Shalaev en Boltasseva vormden Nano-Meta Technologies Inc. in het Purdue Research Park, en werken aan de ontwikkeling van nieuwe technologie voor gegevensregistratie op harde schijven van computers op basis van warmteondersteunde magnetische opname, of HAMR; zonne thermophotovoltaics, waarin een ultradunne laag plasmonische "metamaterialen" de efficiëntie van zonnecellen zou kunnen verbeteren; en een nieuwe klinische therapeutische benadering met behulp van nanodeeltjes voor de behandeling van kanker.

HAMR zou het mogelijk kunnen maken om op ongekende kleine schaal gegevens vast te leggen met behulp van "nanoantennes" en de hoeveelheid gegevens die op een standaard magnetische schijf kan worden opgeslagen met 10 tot 100 keer te vergroten, zei Shalaev.

Bij kankertherapie, nanodeeltjes worden in de bloedbaan geïnjecteerd en aggregeren rond tumoren. Bij blootstelling aan een lichtbron, ze worden warm, kankercellen doden. Echter, gouddeeltjes vormen een uitdaging omdat ze moeten worden gevormd tot specifieke geometrische vormen zoals "nanoschelpen, " of ze zullen niet werken.

"Maar met titaniumnitride kunnen we eenvoudige en kleine deeltjes zoals nanobolletjes gebruiken, en ze zullen net zo goed functioneren als de complexe geometrieën die nodig zijn voor goud, ' zei Boltasseva.

Andere mogelijke toepassingen zijn onder meer kleine fotodetectoren en lichtverbindingen en modulatoren die klein genoeg zijn om op elektronische chips te passen.