Le domaine émergent de la plasmonique pourrait apporter des avancées dans la fabrication de produits chimiques, inaugurer de nouvelles technologies propres et durables et des systèmes de dessalement pour éviter une future crise mondiale de l'eau.

Les matériaux plasmoniques contiennent des caractéristiques, des motifs ou des éléments qui permettent un contrôle sans précédent de la lumière en exploitant des nuages ​​d'électrons appelés plasmons de surface.

"Plasmonics offre le contrôle ultime sur la lumière et la photochimie, à l'aide de nanostructures métalliques capables de concentrer l'énergie électromagnétique en volumes nanométriques, " a déclaré Vladimir M. Shalaev, Bob et Anne Burnett de l'Université Purdue, professeur émérite en génie électrique et informatique. "Cela peut avoir un impact transformateur sur la façon dont nous allons conduire, manipuler, améliorer, et surveiller les processus chimiques à l'avenir."

Le potentiel d'applications pratiques est discuté dans un commentaire à paraître vendredi 2 juin dans la section Perspectives de Science magazine. L'article a été écrit par le scientifique invité Alberto Naldoni; Chalaïev; et Mark Brongersma, professeur au Département de science et d'ingénierie des matériaux de l'Université de Stanford.

Les plasmons de surface et les « nanostructures résonantes » pourraient être exploités pour la fabrication ultra-efficace de produits chimiques et de carburants. Un exemple est l'utilisation potentielle de ces nanostructures combinées à des dispositifs semi-conducteurs qui récupèrent la lumière pour effectuer la catalyse.

Lorsque les semi-conducteurs sont éclairés, les électrons sont dits "excités, " passer d'un niveau d'énergie, ou groupe, à un autre et laissant derrière lui des "trous". Les plasmons de surface sont des groupes d'électrons qui s'excitent collectivement puis « se désintègrent, " ou perdre de l'énergie, photons réémettants ou hautement énergétiques, "chaud, " électrons et trous. Ces électrons chauds peuvent être utilisés pour conduire des réactions chimiques.

Les innovations en plasmonique pourraient permettre d'explorer de nouveaux types de chimie qui ne sont généralement possibles qu'à des températures et des pressions élevées. Les plasmons de surface provoquent « un échauffement local, " qui est prometteur pour des applications telles que la séparation chimique et la distillation pour les procédés industriels, et le dessalement de l'eau salée.

"Le monde est confronté à une crise de l'eau douce, et pas cher, une production efficace d'eau douce à partir d'eau salée signifierait la fin de ce défi mondial, " Shalaev a déclaré. "Les nanoparticules plasmoniques peuvent être auto-assemblées à l'intérieur des nanocanaux d'une membrane qui flotte sur l'eau. Lors de l'irradiation, le dispositif plasmonique absorbe plus de 96 pour cent du spectre solaire et concentre l'énergie absorbée dans des volumes d'eau à l'échelle nanométrique, permettant la génération de vapeur et un dessalement efficace.

La plasmonique pourrait également être combinée à l'ADN pour produire des « métamolécules tridimensionnelles » sur mesure et des robots moléculaires à lumière pour des applications en chimie, technologie et médecine.

« De telles machines plasmoniques pourraient être mises en œuvre pour effectuer des opérations intelligentes telles que le transport de molécules et le traitement de l'information, " il a dit.

La mise à l'échelle de la chimie plasmonique au niveau industriel nécessiterait le développement de nouveaux matériaux plasmoniques alternatifs, l'utilisation de « métasurfaces » et de plateformes nanophotoniques flexibles.

« La transition vers une société propre et durable est déjà en cours, " a déclaré Shalaev. " Les plasmoniques peuvent aider à accélérer ce changement en permettant, manipuler, améliorer, et la surveillance des processus chimiques avec une précision et un contrôle à l'échelle atomique."