La maîtrise des interactions entre la lumière et la matière est une ambition de longue date pour les scientifiques qui souhaitent développer et faire progresser de nombreuses technologies fondamentales pour la société. Avec l'essor des nanotechnologies ces dernières années, la manipulation nanométrique de la lumière est devenue à la fois, une voie prometteuse pour poursuivre cette avancée, ainsi qu'un défi unique dû aux nouveaux comportements qui apparaissent lorsque les dimensions des structures deviennent comparables à la longueur d'onde de la lumière.

Les scientifiques du groupe de nanophotonique théorique du département de physique et d'astronomie de l'Université du Nouveau-Mexique ont réalisé une nouvelle avancée passionnante à cette fin, dans un effort de recherche pionnier intitulé "Analyse des limites du champ proche produit par des réseaux de nanoparticules, " publié récemment dans la revue, ACS Nano , une revue de premier plan dans le domaine de la nanotechnologie. Le groupe, dirigé par le professeur adjoint Alejandro Manjavacas, ont étudié comment la réponse optique de réseaux périodiques de nanostructures métalliques peut être manipulée pour produire de forts champs électriques à proximité.

Les réseaux qu'ils ont étudiés sont composés de nanoparticules d'argent, de minuscules sphères d'argent qui sont des centaines de fois plus petites que l'épaisseur d'un cheveu humain, placé dans un motif répétitif, bien que leurs résultats s'appliquent également aux nanostructures constituées d'autres matériaux. En raison des fortes interactions entre chacune des nanosphères, ces systèmes peuvent être utilisés pour différentes applications, allant de vif, l'impression couleur haute résolution à la biodétection qui pourrait révolutionner les soins de santé.

"Ce nouveau travail contribuera à faire progresser les nombreuses applications des réseaux de nanostructures en fournissant des informations fondamentales sur leur comportement, " dit Manjavacas. " Les améliorations en champ proche que nous prévoyons pourraient changer la donne pour des technologies telles que la biodétection ultrasensible. "

Manjavacas et son équipe, composé de Lauren Zundel et Stephen Sanders, tous deux étudiants diplômés du Département de physique et d'astronomie, modélisé la réponse optique de ces réseaux, trouver de nouveaux résultats passionnants. Lorsque des réseaux périodiques de nanostructures sont éclairés par la lumière, chacune des particules produit une réponse forte, lequel, à son tour, entraîne d'énormes comportements collectifs si toutes les particules peuvent interagir les unes avec les autres. Cela se produit à certaines longueurs d'onde de la lumière incidente, qui sont déterminés par l'espacement interparticulaire du réseau, et peut entraîner des champs électriques qui sont des milliers, voire des dizaines de milliers, de fois celle de la lumière a brillé sur le tableau.

La force de cette amélioration de champ dépend des propriétés géométriques du réseau, tels que l'espacement entre les nanosphères, ainsi que la taille des sphères elles-mêmes. Complètement contre-intuitif, Manjavacas et son groupe ont découvert que la diminution de la densité des nanoparticules dans le réseau, soit en augmentant l'espacement entre chacun d'eux, ou en diminuant leur taille, produit des améliorations sur le terrain qui ne sont pas seulement plus grandes, mais s'étendent plus loin du réseau.

"C'était vraiment excitant de découvrir que la clé de ces énormes améliorations de champ réside en fait dans le fait de rendre les particules plus petites et plus éloignées les unes des autres, " dit Zundel de la découverte.

« La raison en est que les interactions entre les nanoparticules, et donc la réponse collective, est renforcé, " selon Sanders.