Forskare vid Chalmers tekniska universitet har byggt en mycket enkel nanoantenna som riktar röda och blå färger i motsatta riktningar, även om antennen är mindre än ljusets våglängd. Resultaten - publicerade i onlinetidsskriften Naturkommunikation denna vecka - kan leda till att optiska nanosensorer kan upptäcka mycket låga koncentrationer av gaser eller biomolekyler.

En struktur som är mindre än synligt ljusets våglängd (390-770 nanometer) borde egentligen inte kunna sprida ljus. Men det är precis vad den nya nanoantenna gör. Tricket som används av Chalmersforskarna är att bygga en antenn med en asymmetrisk materialkomposition, skapa optiska fasskift.

Antennen består av två nanopartiklar med cirka 20 nanometer mellanrum på en glasyta, ett av silver och ett av guld. Experiment visar att antennen sprider synligt ljus så att röda och blå färger riktas i motsatta riktningar.

"Förklaringen till detta exotiska fenomen är optiska fasskift, "säger Timur Shegai, en av forskarna bakom upptäckten. "Anledningen är att nanopartiklar av guld och silver har olika optiska egenskaper, i synnerhet olika plasmonresonanser. Plasmonresonans innebär att nanopartiklarnas fria elektroner oscillerar starkt i takt med ljusets frekvens, vilket i sin tur påverkar ljusutbredningen trots att antennen är så liten. "

Metoden som används av Chalmersforskarna för att styra ljuset med hjälp av asymmetrisk materialkomposition - som silver och guld - är helt ny. Det är lätt att bygga denna typ av nanoantenna; forskarna har visat att antennerna kan tillverkas tätt över stora områden med hjälp av billig kolloidal litografi.

Forskningsområdet nanoplasmonik är ett snabbt växande område, och avser att kontrollera hur synligt ljus beter sig i nanoskala med hjälp av en mängd olika metallnanostrukturer. Forskare har nu en helt ny parameter - asymmetrisk materialkomposition - att utforska för att styra ljuset.

Nanoplasmonik kan appliceras på en mängd olika områden, säger Mikael Käll, professor i forskargruppen på Chalmers.

"Ett exempel är optiska sensorer, där du kan använda plasmoner för att bygga sensorer som är så känsliga att de kan upptäcka mycket lägre koncentrationer av toxiner eller signalämnen än vad som är möjligt idag. Detta kan innebära detektion av enstaka molekyler i ett prov, till exempel, att diagnostisera sjukdomar i ett tidigt skede, vilket underlättar snabb initiering av behandlingen. "