(Phys.org) -- Ny forskning vid Rice University som försöker fastställa referenspunkter mellan plasmoniska partiklar och polymerer kan leda till mindre datorchips, bättre antenner och förbättringar inom optisk datoranvändning.

Materialforskare drar fördel av starka interaktioner mellan kemikalier för att bilda polymerer som självmonterar till mönster och är grunden för saker som människor använder varje dag. Allt som är gjort av plast är ett bra exempel.

Nu, Risforskare har detaljerat liknande mönster på det sätt som ytplasmoner - laddade "kvasipartiklar" som flödar inuti metallpartiklar när de exciteras av ljus - påverkar varandra i kedjor av guldnanopartiklar.

Resultaten av arbetet av Stephan Links rislab, en biträdande professor i kemi och el- och datateknik, visas online i tidskriften American Chemical Society Nanobokstäver .

Interaktioner mellan små saker har varit mycket i nyheterna på sistone med upptäckten av tecken på Higgs-bosonen och omfattande diskussioner om hur de mest elementära partiklarna interagerar för att ge universum dess form. Rice-teamet studerar nanopartiklar som är storleksordningar större – men fortfarande så små att de bara kan ses med ett elektronmikroskop – med målet att förstå hur de mer elementära elektromagnetiska partiklarna inom sig beter sig.

Detta är viktigt för elektronikingenjörer som ständigt letar efter sätt att krympa storleken på datorchips och andra enheter genom allt mindre komponenter som vågledare. Nanopartiklars förmåga att passera vågor som kan tolkas som signaler kan öppna dörren för nya metoder för optisk beräkning. Arbetet kan också bidra till mer finjusterade antenner och sensorer.

Specifikt, forskarna letade efter hur plasmoner påverkar varandra över små luckor – så små som en nanometer – mellan guldnanopartiklar. Huvudförfattare Liane Slaughter, en risstudent, och hennes kollegor konstruerade kedjor av 50 nanometer partiklar i enkla och dubbla rader som efterliknade polymerernas upprepade molekylära mönster. De tittade sedan på de stående super-strålande och subradianta signalerna som kollektivt upprätthålls av de individuella sammansättningarna av nanopartiklar. Kedjans sammansättning i form av nanopartikelstorlekar, former och positioner bestämmer ljusets frekvenser som de karakteristiskt kan interagera med.

"Inom plasmonik, vi använder individuella nanopartiklar som byggstenar för att göra strukturer av högre ordning, " sa Link. "Här, vi tar koncept kända för polymerforskare för att analysera strukturerna hos längre kedjor av nanopartiklar som vi tror liknar polymerer."

"Den grundläggande definitionen av en polymer är att det är en lång molekyl vars egenskaper beror på den upprepade enheten, "Slakten sa. "Om du ändrar atomerna som upprepas i kedjan, då ändrar du polymerens egenskaper."

"Vad vi ändrade i våra sammansättningsstrukturer var den upprepade enheten - en enda partikelrad mot en dimer (i dubbelraden) - och vi fann att detta passade analogin med kemiska polymerer eftersom den förändringen mycket tydligt förändrar interaktionerna längs kedjan, " Länk tillagd.

Denna grundläggande strukturförändring från en enda rad till en dubbelrad ledde till uttalade skillnader som demonstrerades av ytterligare subradiant-moder och en lägre energisuperstrålningsmod.

Ytterligare två intressanta effekter verkade vara universella bland teamets plasmoniska polymerer. Den ena var att energin i det superstrålande läget, som är resultatet av interaktionen över de mest upprepade enheterna, skulle karakteristiskt minska med tillsatsen av nanopartiklar längs längden, upp till cirka 10 partiklar, och sedan plana ut. "När du har 10 upprepade enheter, du ser i princip ett optiskt spektrum som inte kommer att förändras särskilt mycket om du gör en kedja med 20 eller 50 upprepade enheter, " sa Link.

The other was that disorder among the repeat units – the nanoparticles – only seems to matter at the small scale. "With chemically prepared nanoparticles, there's always a distribution of sizes and perhaps shapes, " Link said. "As you bring them close together, they couple really strongly, and that's a big advantage. Men samtidigt, we can never make structures that are perfect.

"So we wanted to understand the effect of disorder, and what we found was pretty amazing:As the system grows in size, the effect of disorder is less and less important on the optical properties. That also has a strong analogy in polymers, in which disorder can be seen as chemical defects, " han sa.

"If the plasmonic interactions over the chain tolerate disorder, it gives promise to designing functional structures more economically and maybe with higher throughput, " Slaughter said. "With a whole bunch of small building blocks, even if they're not all perfectly alike, you can make a great variety of shapes and structures with broad tunability."