Fonte: Sci-X
Da sin. a des.: Ciraci, Pendry, Smith
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Misurando le proprietà uniche della luce su scala di singolo atomo, i ricercatori della Duke University e dell'Imperial College di Londra, ritengono di aver caratterizzato i limiti della capacità dei metalli di essere utilizzati in dispositivi che si basano sull’accrescimento della luce.
Questo campo è conosciuto come plasmonica. Gli scienziati stanno cercando di sfruttare i plasmoni, elettroni che sono stati "eccitati" dalla luce in un fenomeno che produce aumento del campo elettromagnetico. L’aumento ottenuto mediante metalli in dimensione nanometrica è significativamente superiore a quello ottenibile con qualsiasi altro materiale.
Fino ad oggi, i ricercatori non erano stati in grado di quantificare le interazioni plasmoniche a dimensioni molto piccole e, quindi, non potevano quantificare le limitazioni pratiche di accrescimento della luce. Questa nuova conoscenza dovrebbe contribuire allo sviluppo di dispositivi, come i sensori medicali e componenti fotonici integrati di comunicazione, dato che gli scienziati avranno una guida per poter controllare con precisione la diffusione della luce.
Tipicamente, i dispositivi plasmonici implicano le interazioni di elettroni tra due particelle metalliche, separate da distanza molto breve. Secondo gli ingegneri della Duke, negli ultimi 40 anni, gli scienziati hanno cercato di capire cosa succede quando queste particelle si avvicinano sempre di più, tra di esse, a distanze sub-nanometriche.
"Siamo riusciti a dimostrare l'esattezza del nostro modello studiando la diffrazione ottica da nanoparticelle d'oro che interagiscono con una pellicola d'oro", ha detto Cristian Ciracì, postdoc presso la Pratt School of Engineering della Duke University. "I nostri risultati forniscono un forte sostegno sperimentale per la creazione di un limite superiore all’accrescimento massimo di campo, ottenibile con sistemi plasmonici."
I risultati di Ciracì e gli esperimenti dei collaboratori, condotte nel laboratorio del ricercatore senior David R. Smith, professore di ingegneria elettrica e informatica presso la Duke, sono stati pubblicati sulla rivista Science, come articolo di copertina.
Nei loro esperimenti, Ciracì e la sua sono partiti da una pellicola d'oro sottile rivestita con un monostrato ultra-sottile di molecole organiche, costellato di catene di carbonio, controllabili con precisione. Sfere d'oro nanometriche sono state diffuse sul monostrato. Essenziale per l'esperimento era che la distanza tra le sfere e il film potesse essere regolato con la precisione di un singolo atomo. In questo modo, i ricercatori sono riusciti a superare i limiti degli approcci tradizionali e ottenere una firma fotonica, con livello di risoluzione di un atomo.
"Quando si conosce l’accrescimento massimo del campo, si può capire l'efficienza di qualsiasi sistema plasmonico", ha detto Smith. "Questo ci permette anche di 'settare’ il sistema plasmonico per ottenere l’accrescimento esattamente prevedibile; a questo punto sappiamo che cosa sta avvenendo a livello atomico. Il controllo su questo fenomeno ha conseguenze profonde per l’ottica non-lineare e per l'ottica quantistica".
"Questo documento esplora la scienza della luce su scala di qualche decimo di nanometro, il diametro di un atomo tipico", ha detto Pendry, fisico e co-direttore del Centre for Plasmonics and Metamaterials all’Imperial College. "Speriamo di sfruttare questo avanzamento per permettere ai fotoni, che normalmente hanno dimensione di poche centinatia di nanometri, di interagire intensamente con gli atomi, che sono mille volte più piccoli".
La ricerca è stata sostenuta dall' Air Force Office of Scientific Research e dall’Army Research Office’s Multidisciplinary University Research Initiative (MURI).
Gli altri membri del team erano Ryan Hill, Jack Mock, Yaroslav Urzhumov e Ashutosh Chilkoti della Duke University e Antonio Fernández-Domínguez e Stefan Maier dell’Imperial College.
Testo originario di Richard Merritt
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