(Phys.org) - Les nanostructures métalliques peuvent agir comme de minuscules antennes pour contrôler la lumière, car elles peuvent focaliser et guider la lumière à la plus petite des échelles. Les propriétés optiques de ces antennes dépendent fortement de leur taille et de leur forme, ce qui rend difficile de prédire quelle forme choisir pour un effet optique souhaité sans s'appuyer sur des calculs théoriques complexes. Mohsen Rahmani et ses collègues du A*STAR Data Storage Institute, Singapour, et l'Imperial College de Londres, ROYAUME-UNI, ont maintenant développé une méthode qui permet la conception pratique et fiable de ces nano-antennes.

Leur méthode est basée sur une nouvelle compréhension des propriétés de résonance optique de quelques blocs de construction standardisés des antennes qui proviennent des plasmons - les mouvements collectifs des électrons à leur surface. "Notre nouvelle compréhension capture des aspects de la conception de dispositifs qui s'étendent bien au-delà des mécanismes d'interférence optique connus et fait considérablement progresser notre compréhension du spectre de résonance plasmonique. Cela pourrait déboucher sur de nouvelles applications, " explique Rahmani.

Certaines des propriétés les plus utiles des antennes plasmoniques surviennent lorsque les nanostructures métalliques sont rapprochées les unes des autres. Cela conduit à des effets d'interférence près de leur surface qui provoquent des caractéristiques spectrales nettes, connues sous le nom de résonances de Fano. Tout changement à proximité des nanostructures, comme l'introduction de quelques molécules ou des fluctuations de température, peuvent avoir un impact sur les résonances sensibles de Fano. Ces changements peuvent être détectés et utilisés pour les applications de détection.

Typiquement, les chercheurs utilisent de manière itérative des modèles informatiques de nanostructures pour optimiser la conception d'antennes plasmoniques. Rahmani et ses collègues ont simplifié l'approche en utilisant des sous-unités standardisées de nanoparticules appelées oligomères plasmoniques (voir image). Par exemple, ils ont déconstruit une structure en forme de croix, composé de cinq points, en deux sous-unités différentes, une avec trois points alignés et une avec quatre points extérieurs. Ils ont ensuite déterminé la résonance plasmonique d'un réseau entier simplement en combinant ces sous-unités.

En modélisant les propriétés des oligomères et en comparant leurs résultats avec des mesures de spectres optiques, Rahmani a observé une dépendance systématique des résonances optiques sur les sous-unités individuelles. Les découvertes de l'équipe suggèrent que les propriétés optiques de diverses antennes plasmoniques peuvent être conçues facilement à partir de quelques éléments de base.

« Les combinaisons possibles sont presque infinies et ces structures pourraient trouver de nombreuses applications, ", explique Rahmani. Ceux-ci vont des lasers nanométriques et des commutateurs optiques pour les télécommunications à la biodétection. "Nous allons maintenant développer ces oligomères en tant que plates-formes de nanodétection pour détecter l'adsorption de molécules chimiques et de monocouches de protéines."