Vissa metalliska nanostrukturer är kända för att uppvisa ett distinkt asymmetriskt spektraldrag. Denna karakteristiska egenskap, känd som en Fano-resonans, har väckt stor uppmärksamhet på grund av dess potential i avkänningsapplikationer.

Fanoresonans orsakas av interferens av två egenmoder (moder för elektronexcitationer), så dess form och våglängd är känsliga för små variationer i miljön. En liten förändring i brytningsindex, till exempel, kan leda till en stor förändring i Fano-resonansen.

Än så länge, de flesta av de metalliska strukturerna som används för att generera Fano-resonanser har gjorts av guld. Våglängden för sådana Fano -resonanser är vanligtvis i det infraröda området, vilket inte är idealiskt för praktiska avkänningsapplikationer. Jing Bo Zhang och medarbetare på A*STAR Data Storage Institute har nu föreslagit en nanostruktur med dubbla skivor i silver för att generera Fano-resonans i det synliga området.

Nanostrukturen består av en ring med dubbla skivor som består av två silverskivor, mäter tiotals nanometer bred, placerad inuti en silverring. Forskarna beräknade strukturernas optiska lägen med hjälp av finite-difference time-domain-metoden (FDTD). De fann att kopplingen mellan en av dubbeldiskegenmoden och en av ringegenmoden producerar en Fano-resonans strax under 700 nanometer i våglängd, väl inom det synliga spektrumet.

Fano-resonansens form och våglängd kan finjusteras genom att variera de geometriska parametrarna som definierar ringstrukturen med dubbla skivor. Nyckelförmågan hos en biomolekylsensor är dess reaktion på en förändring i omgivningen. Beräkningarna visade att genom att öka miljöns brytningsindex, Fano-resonansen är starkt rödförskjuten. Detta för att simulera ett fall där ett tunt lager av ett dielektriskt material, såsom ett lager av specifika biomolekyler, antas täcka nanostrukturen.

Beräkningarna var lovande men måste verifieras experimentellt. Forskarna använde elektronstrålelitografi och motsvarande nanobehandlingstekniker för att tillverka silverringar med dubbla skivor på kvarts och observerade faktiskt Fano-resonans i det synliga ljusområdet.

Observation av Fano-resonansen och dess känslighet för miljöförändringar i det synliga området är ett viktigt resultat för avkänningsapplikationer. Forskarna siktar på att förbättra designen av nanostrukturen ytterligare. "Vi har redan bestämt och tillverkat den optimala geometrin för ringstrukturer med dubbla skivor för biosensing, säger Zhang. "Därefter kommer vi att funktionalisera strukturens yta kemiskt för att undersöka och förbättra avkänningskraften experimentellt."