Det framväxande området för plasmonik kan ge framsteg inom kemisk tillverkning, inleda ny ren och hållbar teknik och avsaltningssystem för att avvärja en framtida global vattenkris.

Plasmoniska material innehåller funktioner, mönster eller element som möjliggör oöverträffad kontroll av ljus genom att utnyttja moln av elektroner som kallas ytplasmoner.

"Plasmonics erbjuder den ultimata kontrollen över ljus och fotokemi, med hjälp av metalliska nanostrukturer som kan koncentrera elektromagnetisk energi till volymer i nanoskala, " sade Vladimir M. Shalaev, Purdue Universitys Bob och Anne Burnett framstående professor i elektro- och datorteknik. "Det kan ha en transformativ inverkan på hur vi kommer att köra, manipulera, förbättra, och övervaka kemiska processer i framtiden."

Potentialen för praktiska tillämpningar diskuteras i en kommentar som kommer att dyka upp på fredag ​​(2 juni) i avsnittet Perspektiv av Vetenskap tidskrift. Artikeln skrevs av gästforskaren Alberto Naldoni; Shalaev; och Mark Brongersma, professor vid institutionen för materialvetenskap och teknik vid Stanford University.

Ytplasmoner och "resonanta nanostrukturer" kan utnyttjas för ultraeffektiv tillverkning av kemikalier och bränslen. Ett exempel är den potentiella användningen av dessa nanostrukturer i kombination med halvledarenheter som skördar ljus för att utföra katalys.

När halvledare är upplysta, elektroner sägs vara "exciterade, "flytta från en energinivå, eller band, till en annan och lämnar efter sig "hål". Ytplasmoner är grupper av elektroner som tillsammans blir exciterade och sedan "förfaller, "eller förlora energi, återutsändande fotoner eller högenergiska, "varm, " elektroner och hål. Dessa heta elektroner kan användas för att driva kemiska reaktioner.

Innovationer inom plasmonik skulle kunna göra det möjligt att utforska nya typer av kemi som vanligtvis bara är möjliga vid höga temperaturer och tryck. Ytplasmonerna orsakar "lokal uppvärmning, " som lovar för tillämpningar som kemisk separation och destillation för industriella processer, och saltvattenavsaltning.

"Världen står inför en sötvattenkris, och billigt, effektiv produktion av sötvatten från saltvatten skulle innebära ett slut på denna globala utmaning, "Shalaev sade. "Plasmoniska nanopartiklar kan vara självmonterade inuti nanokanalerna i ett membran som flyter på vatten. Vid bestrålning, den plasmoniska enheten absorberar mer än 96 procent av solspektrumet och fokuserar den absorberade energin i vattenvolymer i nanoskala, möjliggör ånggenerering och effektiv avsaltning."

Plasmonik kan också kombineras med DNA för att producera skräddarsydda "tredimensionella metamolekyler" och ljusdrivna molekylära robotar för tillämpningar inom kemi, teknik och medicin.

"Sådana plasmoniska maskiner skulle kunna implementeras för att utföra smarta operationer som transport av molekyler och informationsbehandling, " han sa.

Att skala upp plasmonisk kemi till industriell nivå skulle kräva utveckling av nya alternativa plasmoniska material, användningen av "metasytor" och flexibla nanofotoniska plattformar.

"Övergången till ett rent och hållbart samhälle äger redan rum, ", sa Shalaev. "Plasmonics kan hjälpa till att påskynda denna övergång genom att möjliggöra, manipulera, förbättra, och övervakning av kemiska processer med precision och kontroll i atomär skala."