(Phys.org) —University of Illinois vid Urbana-Champaign forskare har utvecklat matriser med små nano-antenner som kan möjliggöra avkänning av molekyler som ger resonans i det infraröda (IR) spektrumet.

"Identifieringen av molekyler genom att känna av deras unika absorptionsresonanser är mycket viktigt för miljöövervakning, industriell processkontroll och militära applikationer, "sa lagledaren Daniel Wasserman, professor i el- och datateknik. Wasserman är också en del av Micro and Nano Technology Laboratory i Illinois.

Livsmedels- och läkemedelsindustrin använder ljus för att upptäcka föroreningar och för att säkerställa kvalitet. Ljuset interagerar med bindningarna i molekylerna, som ger resonans vid särskilda frekvenser, vilket ger varje molekyl ett "spektralt fingeravtryck". Många molekyler och material ger starkare resonans i IR -änden av spektrumet, som har mycket långa våglängder av ljus - ofta större än molekylerna själva.

"Absorptionssignaturerna för några av molekylerna av intresse för dessa applikationer kan vara ganska svaga, och när vi går till material i nanoskala, det kan vara mycket svårt att se absorption från volymer som är mindre än ljusets våglängd, "Wasserman sa." Det är här som våra antennarrayytor kan ha en betydande inverkan. "

Andra antennsystem i nanoskala kan inte ställas in på en längre ljusvåglängd på grund av begränsningarna i traditionella nanoantenna-material. Illinois -laget använde starkt dopade halvledare, odlas med en teknik som kallas molekylär stråle -epitaxy som används för att göra IR -lasrar och detektorer.

"Vi har visat att nanostrukturer tillverkade av starkt dopade halvledare fungerar som antenner i infrarött, "sa Stephanie Law, en postdoktor vid Illinois och huvudförfattaren till verket. "Antennerna koncentrerar detta mycket långa våglängdsljus till volymer med ultravåglängd, och kan användas för att avkänna molekyler med mycket svaga absorptionsresonanser. "

Halvledarantennmatriserna gör att ljus med lång våglängd kan interagera starkt med nanoskalprover, så kan matriserna förbättra upptäckten av små volymer material med en standard IR -spektrometer - redan en vanlig utrustning i många industri- och forskningslaboratorier.

Forskarna demonstrerade vidare sin förmåga att styra antennresonans position och styrka genom att justera nanoantenna -dimensioner och halvledarmaterialets egenskaper.

Gruppen kommer att fortsätta att utforska nya former och strukturer för att ytterligare förbättra ljus-materia-interaktion i mycket små skalor och eventuellt integrera dessa material med andra avkänningssystem.

"Vi försöker integrera dessa antennstrukturer med optoelektroniska enheter för att effektivisera, mindre, optoelektroniska komponenter för avkännings- och säkerhetsapplikationer, "Sa Wasserman.

Tidningen har titeln "All-Semiconductor Plasmonic Nanoantennas for Infrared Sensing."