Certaines nanostructures métalliques sont connues pour présenter une caractéristique spectrale nettement asymétrique. Ce trait caractéristique, connue sous le nom de résonance de Fano, a attiré une attention considérable en raison de son potentiel dans les applications de détection.

La résonance Fano est causée par l'interférence de deux modes propres (modes d'excitations électroniques), sa forme et sa longueur d'onde sont donc sensibles aux légères variations de l'environnement. Un petit changement dans l'indice de réfraction, par exemple, pourrait conduire à un grand changement dans la résonance Fano.

Jusque là, la plupart des structures métalliques utilisées pour générer les résonances de Fano sont en or. La longueur d'onde de ces résonances de Fano est typiquement dans la région infrarouge, ce qui n'est pas idéal pour les applications de détection pratiques. Jing Bo Zhang et ses collègues de l'A*STAR Data Storage Institute ont maintenant proposé une nanostructure en anneau à double disque en argent pour générer une résonance de Fano dans le domaine visible.

La nanostructure comprend un anneau à double disque constitué de deux disques d'argent, mesurant des dizaines de nanomètres de large, placé à l'intérieur d'un anneau d'argent. Les chercheurs ont calculé les modes optiques des structures à l'aide de la méthode du domaine temporel aux différences finies (FDTD). Ils ont découvert que le couplage entre l'un des modes propres à double disque et l'un des modes propres en anneau produit une résonance de Fano juste en dessous de 700 nanomètres de longueur d'onde, bien dans le spectre visible.

La forme et la longueur d'onde de la résonance Fano peuvent être finement ajustées en faisant varier les paramètres géométriques qui définissent la structure en anneau à double disque. La capacité clé d'un capteur de biomolécule est sa réaction à un changement dans l'environnement. Les calculs ont montré qu'en augmentant l'indice de réfraction de l'environnement, la résonance Fano est fortement décalée vers le rouge. Il s'agit de simuler pour un cas dans lequel une fine couche d'un matériau diélectrique, comme une couche de biomolécules spécifiques, est supposé couvrir la nanostructure.

Les calculs étaient prometteurs mais devaient être vérifiés expérimentalement. Les chercheurs ont utilisé la lithographie par faisceau d'électrons et les techniques de nanotraitement correspondantes pour fabriquer des anneaux à double disque en argent sur du quartz et ont effectivement observé la résonance de Fano dans la plage de la lumière visible.

L'observation de la résonance Fano et de sa sensibilité aux changements environnementaux dans le domaine visible est un résultat important pour les applications de détection. Les chercheurs visent à améliorer encore la conception de la nanostructure. « Nous avons déjà déterminé et fabriqué la géométrie optimale des structures annulaires à double disque pour la biodétection, ", dit Zhang. « Ensuite, nous allons fonctionnaliser chimiquement la surface de la structure pour examiner et améliorer expérimentalement la puissance de détection. »