(Phys.org) -- Une nouvelle recherche à l'Université Rice qui cherche à établir des points de référence entre les particules plasmoniques et les polymères pourrait conduire à des puces informatiques plus petites, de meilleures antennes et des améliorations dans le calcul optique.

Les scientifiques des matériaux tirent parti des fortes interactions entre les produits chimiques pour former des polymères qui s'auto-assemblent en motifs et constituent la base des choses que les gens utilisent tous les jours. Tout ce qui est en plastique en est un bon exemple.

Maintenant, Les scientifiques du riz ont détaillé des modèles similaires dans la façon dont les plasmons de surface – des «quasiparticles» chargés qui circulent dans les particules métalliques lorsqu'ils sont excités par la lumière – s'influencent mutuellement dans les chaînes de nanoparticules d'or.

Les résultats des travaux du Rice lab de Stephan Link, un professeur assistant de chimie et de génie électrique et informatique, apparaissent en ligne dans le journal de l'American Chemical Society Lettres nano .

Les interactions entre de petites choses ont fait l'actualité ces derniers temps avec la découverte de signes du boson de Higgs et de longues discussions sur la façon dont les particules les plus élémentaires interagissent pour donner à l'univers sa forme. L'équipe Rice étudie des nanoparticules d'ordres de grandeur plus grandes - bien qu'elles soient encore si petites qu'elles ne peuvent être vues qu'au microscope électronique - dans le but de comprendre comment les particules électromagnétiques les plus élémentaires se comportent.

Ceci est important pour les ingénieurs en électronique à la recherche perpétuelle de moyens de réduire la taille des puces informatiques et d'autres dispositifs grâce à des composants de plus en plus petits comme les guides d'ondes. La capacité des nanoparticules à laisser passer des ondes pouvant être interprétées comme des signaux pourrait ouvrir la porte à de nouvelles méthodes de calcul optique. Le travail peut également contribuer à des antennes et des capteurs plus finement réglés.

Spécifiquement, les chercheurs ont recherché les façons dont les plasmons s'influencent mutuellement à travers de minuscules espaces - aussi petits qu'un nanomètre - entre les nanoparticules d'or. Auteur principal Liane Slaughter, un étudiant diplômé de Rice, et ses collègues ont conçu des chaînes de particules de 50 nanomètres en rangées simples et doubles qui imitent les motifs moléculaires répétés des polymères. Ils ont ensuite examiné les signaux super-radiants et sous-radiants permanents soutenus collectivement par les assemblages individuels de nanoparticules. La composition de la chaîne en termes de tailles de nanoparticules, les formes et les positions déterminent les fréquences de lumière avec lesquelles elles peuvent interagir de manière caractéristique.

« En plasmonique, nous utilisons des nanoparticules individuelles comme éléments constitutifs pour créer des structures d'ordre supérieur, " dit Link. " Tiens, nous utilisons des concepts connus des scientifiques des polymères pour analyser les structures de chaînes plus longues de nanoparticules qui, selon nous, ressemblent à des polymères. »

"La définition fondamentale d'un polymère est que c'est une longue molécule dont les propriétés dépendent de l'unité de répétition, " Slaughter dit. " Si vous changez les atomes qui se répètent dans la chaîne, alors vous changez les propriétés du polymère."

"Ce que nous avons changé dans nos structures d'assemblage était l'unité de répétition - une seule rangée de particules par rapport à un dimère (dans la double rangée) - et nous avons constaté que cela correspondait à l'analogie avec les polymères chimiques car ce changement modifie très clairement les interactions le long de la chaîne, " Lien ajouté.

Ce changement de structure de base d'une seule rangée à une double rangée a conduit à des différences prononcées démontrées par des modes sous-radiants supplémentaires et un mode super-radiant à plus faible énergie.

Deux autres effets intéressants semblaient être universels parmi les polymères plasmoniques de l'équipe. One was that the energy of the super-radiant mode, which results from the interaction over the most repeat units, would characteristically decrease with the addition of nanoparticles along the length, up to about 10 particles, and then level off. "Once you have 10 repeat units, you basically see an optical spectrum that will not change very much if you make a chain with 20 or 50 repeat units, " Link said.

The other was that disorder among the repeat units – the nanoparticles – only seems to matter at the small scale. "With chemically prepared nanoparticles, there's always a distribution of sizes and perhaps shapes, " Link said. "As you bring them close together, they couple really strongly, and that's a big advantage. Mais en même temps, we can never make structures that are perfect.

"So we wanted to understand the effect of disorder, and what we found was pretty amazing:As the system grows in size, the effect of disorder is less and less important on the optical properties. That also has a strong analogy in polymers, in which disorder can be seen as chemical defects, " il a dit.

"If the plasmonic interactions over the chain tolerate disorder, it gives promise to designing functional structures more economically and maybe with higher throughput, " Slaughter said. "With a whole bunch of small building blocks, even if they're not all perfectly alike, you can make a great variety of shapes and structures with broad tunability."