Forskare från fyra amerikanska universitet har skapat ett sätt att använda Rice Universitys ljusaktiverade nanoskal som byggstenar för 2D- och 3D-strukturer som kan användas i kemiska sensorer, nanolasrar och bisarra ljusabsorberande metamaterial. Ungefär som ett barn kan använda legoklossar för att bygga 3D-modeller av komplexa byggnader eller fordon, forskarna använder den nya kemiska självmonteringsmetoden för att bygga komplexa strukturer som kan fånga, lagra och böj ljus.

Forskningen visas i veckans nummer av tidskriften Vetenskap .

"Vi använde metoden för att skapa en struktur med sju nanoskal som skapar en speciell typ av interferensmönster som kallas Fano-resonans, " sa studiens medförfattare Peter Nordlander, professor i fysik och astronomi vid Rice. "Dessa resonanser härrör från märkliga ljusvågstörningar, och de förekommer endast i konstgjorda material. Eftersom dessa heptamerer är självmonterade, de är relativt lätta att göra, så detta kan få betydande kommersiella konsekvenser."

På grund av den unika karaktären hos Fano-resonanser, de nya materialen kan fånga ljus, lagra energi och böja ljus på bisarra sätt som inget naturligt material kan. Nordlander sa att de nya materialen är idealiska för att tillverka ultrakänsliga biologiska och kemiska sensorer. Han sa att de också kan vara användbara i nanolasers och eventuellt i integrerade fotoniska kretsar som går ur ljus snarare än el.

Forskargruppen leddes av Harvard University tillämpad fysiker Federico Capasso och inkluderade även nanoshell-uppfinnaren Naomi Halas, Rices Stanley C. Moore professor i elektro- och datateknik och professor i fysik, kemi och biomedicinsk teknik.

Nordlander, världens ledande teoretiker om nanopartikelplasmonik, hade förutspått 2008 att en heptamer av nanoskal skulle producera Fano-resonanser. Detta papper sporrade Capassos ansträngningar att tillverka strukturen, sa Nordlander.

Den nya självmonteringsmetoden som utvecklats av Capassos team användes också för att göra magnetiska "trimers" med tre nanoskal. De optiska egenskaperna hos dessa beskrivs i Science paper, som också diskuterar hur självmonteringsmetoden kan användas för att bygga ännu mer komplexa 3D-strukturer.

Nanoskal, byggstenarna som användes i den nya studien, är cirka 20 gånger mindre än röda blodkroppar. Underrätta, de liknar maltade mjölkbollar, men de är överdragna med guld istället för choklad, och deras centrum är en sfär av glas. Genom att variera storleken på glascentrum och tjockleken på guldskalet, Halas kan skapa nanoskal som interagerar med specifika våglängder av ljus.

"Nanoskal var redan bland de mest mångsidiga av alla plasmoniska nanopartiklar, och denna nya självmonteringsmetod för komplexa 2-D- och 3-D-strukturer lägger helt enkelt till det, sa Halas, som har hjälpt till att utveckla ett antal biologiska tillämpningar för nanoskal, inklusive diagnostiska tillämpningar och en minimalt invasiv procedur för behandling av cancer.