(Phys.org) - Metallnanostrukturer kan fungera som små antenner för att styra ljus eftersom de kan fokusera och styra ljuset på de minsta skalorna. De optiska egenskaperna hos dessa antenner beror starkt på deras storlek och form, gör det svårt att förutsäga vilken form man ska välja för en önskad optisk effekt utan att förlita sig på komplexa teoretiska beräkningar. Mohsen Rahmani och medarbetare vid A*STAR Data Storage Institute, Singapore, och Imperial College London, STORBRITANNIEN, har nu utvecklat en metod som möjliggör praktisk och pålitlig design av dessa nano-antenner.

Deras metod är baserad på ny förståelse av de optiska resonansegenskaperna hos några standardiserade byggstenar i antennerna som uppstår från plasmoner - elektronernas kollektiva rörelser vid deras yta. "Vår nya förståelse fångar aspekter av enhetsdesign som sträcker sig långt bortom kända optiska störningsmekanismer och väsentligt förbättrar vår förståelse av plasmoniskt resonansspektrum. Detta kan leda till nya applikationer, "förklarar Rahmani.

Några av de mest användbara egenskaperna hos plasmoniska antenner uppstår när metallnanostrukturerna bringas i närheten av varandra. Detta leder till störningseffekter nära deras yta som orsakar skarpa spektrala egenskaper, känd som Fano -resonanser. Eventuella förändringar nära nanostrukturerna, såsom införandet av några få molekyler eller temperaturfluktuationer, kan påverka de känsliga Fano -resonanserna. Dessa förändringar kan upptäckas och användas för avkänningsprogram.

Vanligtvis, forskare använder iterativt datormodeller av nanostrukturer för att optimera utformningen av plasmoniska antenner. Rahmani och medarbetare förenklade tillvägagångssättet genom att använda standardiserade subenheter av nanopartiklar som kallas plasmoniska oligomerer (se bild). Till exempel, de dekonstruerade en korsformad struktur, bestående av fem punkter, i två olika underenheter - en med tre prickar på en rad och en med fyra yttre punkter. De bestämde sedan plasmonisk resonans för en hel uppsättning helt enkelt genom att kombinera dessa subenheter.

Genom att modellera egenskaperna hos oligomererna och jämföra deras resultat med mätningar av optiska spektra, Rahmani observerade ett systematiskt beroende av de optiska resonanserna på enskilda subenheter. Teamets resultat tyder på att de optiska egenskaperna hos olika plasmoniska antenner enkelt kan utformas från bara några grundläggande byggstenar.

"De möjliga kombinationerna är nästan oändliga och dessa strukturer kan hitta många tillämpningar, "säger Rahmani. Dessa sträcker sig från nanoskala lasrar och optiska switchar för telekommunikation till biosensing." Vi ska nu utveckla dessa oligomerer som nanosensorplattformar för att upptäcka adsorption av kemiska molekyler och proteinmonoskikt. "