Les canaux microscopiques de nanoparticules d'or ont la capacité de transmettre de l'énergie électromagnétique qui commence sous forme de lumière et se propage via des « plasmons sombres, " selon des chercheurs de l'Université Rice.

Un nouvel article dans la revue American Chemical Society Lettres nano montre comment même des collections désordonnées de nanoparticules dans des réseaux aussi minces que 150 nanomètres peuvent être transformées en guides d'ondes et transmettre des signaux d'un ordre de grandeur supérieur à ce que les expériences précédentes ont pu atteindre. Un transfert d'énergie efficace à l'échelle micrométrique peut grandement améliorer les dispositifs optoélectroniques.

Le Rice lab de Stephan Link, un professeur assistant de chimie et de génie électrique et informatique, a développé un moyen « d'imprimer » de fines lignes de nanoparticules d'or sur du verre. Ces lignes de nanoparticules peuvent transmettre un signal d'une nanoparticule à l'autre sur plusieurs microns, beaucoup plus loin que les tentatives précédentes et à peu près équivalent aux résultats observés avec des nanofils d'or.

Les géométries de guides d'ondes complexes sont beaucoup plus faciles à fabriquer avec des chaînes de nanoparticules, dit Link. Lui et son équipe ont utilisé un faisceau d'électrons pour découper de minuscules canaux dans un polymère sur un substrat de verre pour donner leur forme aux lignes de nanoparticules. Les nanoparticules d'or ont été déposées dans les canaux via des forces capillaires. Lorsque le reste du polymère et des nanoparticules parasites ont été emportés, les lignes sont restées, avec des particules distantes de quelques nanomètres seulement.

Les plasmons sont des vagues d'électrons qui se déplacent à la surface d'un métal comme l'eau d'un étang lorsqu'elles sont dérangées. La perturbation peut être causée par une source électromagnétique extérieure, comme la lumière. Des nanoparticules adjacentes se couplent là où leurs champs électromagnétiques interagissent et permettent à un signal de passer de l'une à l'autre.

Link dit que les plasmons sombres peuvent être définis comme ceux qui n'ont pas de moment dipolaire net, ce qui les rend incapables de se coupler à la lumière. "Mais ces modes ne sont pas totalement sombres, surtout en présence de désordre, " dit-il. " Même pour les modes subradiants, il y a une petite oscillation dipolaire.

"Notre argument est que si vous pouvez coupler ces modes subradiants, la perte de diffusion est plus faible et la propagation des plasmons est soutenue sur de plus longues distances, " dit Link. " Par conséquent, nous améliorons le transport de l'énergie sur des distances beaucoup plus longues que ce qui a été fait auparavant avec les chaînes de particules métalliques."

Pour voir jusqu'où, Link et son équipe ont recouvert les lignes de 15 microns d'un colorant fluorescent et ont utilisé une méthode de photoblanchiment développée dans son laboratoire pour mesurer à quelle distance les plasmons, excité par un laser à une extrémité, propager. "L'amortissement de la propagation du plasmon est exponentiel, " dit-il. " A quatre microns, vous avez un tiers de la valeur d'intensité initiale.

"Bien que cette distance de propagation soit courte par rapport aux guides d'ondes optiques traditionnels, dans les circuits miniaturisés, il suffit de couvrir de petites échelles de longueur. Il pourrait être possible d'appliquer éventuellement un amplificateur au système qui allongerait la distance de propagation, " a déclaré Link. " En termes de ce que les gens pensaient être possible avec des chaînes de nanoparticules, ce que nous avons fait est déjà une amélioration significative."

Link a déclaré que les nanofils d'argent transportaient mieux une onde plasmon que l'or, jusqu'à 15 microns, environ un sixième de la largeur d'un cheveu humain. "Nous savons que si nous essayons des nanoparticules d'argent, nous pouvons nous propager beaucoup plus longtemps et, espérons-le, le faire dans des structures plus complexes, ", a-t-il déclaré. "Nous pourrons peut-être utiliser ces guides d'ondes à nanoparticules pour établir des liaisons avec d'autres composants tels que les nanofils dans des configurations qui ne seraient pas possibles autrement."