(PhysOrg.com) -- Ils ressemblent à des 2 par 4, mais les matériaux créés dans un laboratoire de l'Université Rice sont plus adaptés à la construction avec la lumière.

Le chercheur Jason Hafner les appelle « nanoceintures, " des bandes d'or microscopiques qui pourraient faire partie de capteurs hautement réglables ou de dispositifs nanomédicaux.

Hafner, professeur agrégé de physique et d'astronomie et de chimie, et ses collègues ont rapporté leur découverte en ligne cette semaine dans le journal de l'American Chemical Society Lettres nano .

Les nanoceintures représentent un moyen unique de manipuler la lumière à l'échelle microscopique. Ils rejoignent des nanoparticules plus petites telles que des nanotiges et des nanocoquilles d'or qui peuvent être réglées pour absorber fortement la lumière à certaines longueurs d'onde, puis diriger la lumière ou l'émettre dans des directions spécifiques.

L'effet est dû aux plasmons de surface, qui se produisent lorsque des électrons libres dans un métal ou un diélectrique dopé interagissent fortement avec la lumière. Lorsque vous y êtes invité par un laser, le soleil ou une autre source d'énergie, ils oscillent comme des ondulations sur un étang et réémettent de l'énergie sous forme de lumière ou de chaleur. Ils font l'objet de nombreuses recherches pour leurs avantages potentiels dans les applications biomédicales, détection moléculaire et microélectronique.

Les nanoceintures sont uniques car les ondes plasmoniques se produisent sur toute leur largeur, pas sur leur longueur, dit Hafner. "Mon intuition dit que ce n'est pas probable. Pourquoi obtiendriez-vous une résonance aiguë dans la direction courte alors que les électrons peuvent être longs? Mais c'est ce qui se passe."

Les nanoceintures diffusent la lumière à une longueur d'onde (ou couleur) particulière, selon le rapport hauteur/largeur de leurs sections transversales – largeur divisée par hauteur. Cela les rend hautement accordables, Hafner a dit, en contrôlant ce rapport hauteur/largeur.

Il n'a pas tardé à souligner que son laboratoire n'avait pas fabriqué les premières nanoceintures en or. "Nous avons d'abord cherché dans la littérature un moyen de fabriquer une structure qui pourrait avoir une résonance aiguë, parce que nous voulions un grand champ d'amélioration, " il a dit, se référant à une technique qu'il utilise pour caractériser l'effet de l'environnement local sur les émissions de nanoparticules.

L'équipe a trouvé ce qu'elle cherchait dans un article de Langmuir publié en 2008 par une équipe de l'Université de Pékin. "Ils ont fait la même structure, mais ils n'ont pas regardé de trop près les propriétés optiques, " a-t-il dit. " Ils ont fait un beau travail pour découvrir la structure cristalline et la direction de croissance, et ils ont démontré l'utilisation des nanoceintures en catalyse.

"Dès que nous avons regardé l'échantillon dans un microscope à fond noir, nous avons instantanément vu les couleurs. Nous ne pouvions tout simplement pas le croire."

Hafner, un ancien de Rice de 1996 qui a étudié avec le regretté lauréat du prix Nobel Richard Smalley, ladite croissance des nanoceintures est un processus lent. Il faut 12 heures pour synthétiser un lot de nanoceintures, qui semblent se développer en grappes à partir d'un noyau central.

L'équipe a développé des nanoceintures jusqu'à 100 microns de long qui vont des sections transversales carrées de base - 25 sur 25 nanomètres - à aplaties, à 100 nanomètres de large par 17 nanomètres de haut. Ils ont constaté que plus la nanoceinture est plate, plus la lumière diffusée virait au rouge.

"Les gens ont étudié les électrons se déplaçant sur une longue distance dans ce genre de matériaux, mais quand ils deviennent trop longs, les résonances se désaccordent du visible et les pics deviennent si larges qu'il n'y a plus de résonance aiguë, " a déclaré Hafner. "Nous traversons la nanoceinture, donc la longueur n'a pas d'importance. La nanoceinture pourrait mesurer un mètre de long et montrer encore une résonance plasmon aiguë."

Les co-auteurs de l'article sont des étudiants diplômés Lindsey Anderson, Courtney Payne et Yu-Rong Zhen et Peter Nordlander, professeur de physique et d'astronomie et de génie électrique et informatique.