Een internationaal team van onderzoekers heeft een manier aangetoond om zeer beperkte lichtenergie over lange afstanden te transporteren met behulp van uitgebreide netwerken van gedeeltelijk gefuseerde gouden nanodeeltjes. Deze demonstratie verhoogt de mogelijkheid van nieuwe opties voor informatieverwerking door extreem geminiaturiseerde lichtgeleiding te realiseren en kan leiden tot vooruitgang in sensoren en telecommunicatiesystemen.

"Onze aanpak heeft alle veelzijdigheid die chemie met colloïden biedt en kan worden gebruikt om geminiaturiseerde optische netwerken te fabriceren, ", legt Michel Bosman van het A*STAR Institute of Materials Research and Engineering in Singapore uit.

Licht reist snel, waardoor het een zeer aantrekkelijk medium is voor het verzenden van informatie. Momenteel, optische vezels worden gebruikt om optische signalen over lange afstanden te transporteren, maar ze zijn ongeschikt op kleine schaal omdat hun afmetingen niet veel kleiner kunnen worden dan de golflengte van licht. Een veelbelovende benadering is het gebruik van door licht geïnduceerde oscillaties van elektronen (bekend als oppervlakteplasmonen) op nanodeeltjes, maar tot nu toe was het niet mogelijk geweest om plasmonen te koppelen tussen grote aantallen elkaar rakende nanodeeltjes.

Bosman, samen met medewerkers bij CEMES in Frankrijk en bij Bristol in het Verenigd Koninkrijk, bedacht een manier om oppervlakteplasmonen over lange ketens van gouden nanodeeltjes te verspreiden. Hierdoor konden ze het transport van zeer beperkt licht miniaturiseren over afstanden die lang genoeg zijn om bruikbaar te zijn voor optische circuits.

De onderzoekers synthetiseerden gouden nanodeeltjes met een diameter van 12 nanometer en assembleerden ze zelf tot netwerken door de verbinding mercapto-ethanol toe te voegen. Vervolgens 'lasten' ze de nanodeeltjes aan elkaar door ze te bestralen met een hoogenergetische elektronenstraal.

Het team onderzocht de lichtpropagatie-eigenschappen van de netwerken met behulp van een techniek die bekend staat als elektronenenergieverliesspectroscopie. Deze metingen toonden aan dat de netwerken paden vormen waarlangs lichtenergie kan reizen als oppervlakteplasmonen (zie afbeelding).

De resultaten waren veel duidelijker dan de onderzoekers hadden verwacht. "We waren verrast om te zien dat de oppervlakteplasmonen niet veel verzwakt waren door de korrelgrenzen die bestaan ​​tussen naburige nanodeeltjes, " zegt Bosman. "Onze netwerken bevatten honderden korrelgrenzen, en toch zouden de oppervlakteplasmonen er grotendeels ongehinderd overheen oscilleren."

In de toekomst, het team hoopt designernetwerken te maken met behulp van hun nanodeeltjes. "Momenteel, we kunnen het ontwerp van onze nanodeeltjesnetwerken niet in detail controleren, " zegt Bosman. "We zijn van plan onze techniek te combineren met lithografie om volledige controle te krijgen over hun lengte en vorm en vorm ontworpen optische netwerken gemaakt met colloïdale nanodeeltjes als bouwstenen."