Framsteg med att utveckla nanofotoniska enheter som kan motstå höga temperaturer och svåra förhållanden för applikationer inklusive datalagring, avkänning, hälsovård och energi kommer att bero på att forskarsamhället och industrin antar nya "plasmoniska keramiska" material, enligt en kommentar denna vecka i tidskriften Vetenskap .
I ett lovande nanofotoniskt tillvägagångssätt – plasmonik – används moln av elektroner som kallas ytplasmoner för att manipulera och kontrollera ljus på nanometerskalan. Plasmoniska enheter under utveckling är ofta beroende av användningen av metaller som guld och silver, som inte är praktiska för de flesta industriella tillämpningar eftersom de inte klarar extrem uppvärmning och andra svåra förhållanden. De är inte heller kompatibla med den komplementära metall-oxid-halvledare (CMOS) tillverkningsprocessen som används för att konstruera integrerade kretsar.
Nu föreslår forskare användning av plasmonisk keramik som titannitrid och zirkoniumnitrid istället för guld och silver.
"Vi har nyligen visat att plasmonisk keramik erbjuder egenskaper som liknar guld men har fördelar som dessa ädla metaller inte har, sa Alexandra Boltasseva, en docent i el- och datateknik vid Purdue University.
Hon var medförfattare till en artikel i Perspectives denna vecka i Vetenskap med Vladimir M. Shalaev, vetenskaplig chef för nanofotonik vid Purdues Birck Nanotechnology Center och en framstående professor i elektro- och datorteknik.
Plasmoniska keramiska material är lovande för olika potentiella framsteg, inklusive mycket tätare dataregistrering och lagring än vad som nu är möjligt; sensorer som kan motstå höga temperaturer för olje- och gasindustrin; nya typer av ljusinsamling och system för återvinning av avfallsenergi; elektroniska kretsar som utnyttjar ljus för att bearbeta information; och cancerbehandling.
"Det kan bara dröja några år innan vi har några enheter och nya funktioner som möjliggörs av plasmonics, sa Boltasseva.
Shalaev och Boltasseva bildade Nano-Meta Technologies Inc. i Purdue Research Park, och arbetar med att utveckla ny teknik för datainspelning i datorhårddiskar baserad på värmeassisterad magnetisk inspelning, eller HAMR; solvärme, där ett ultratunt lager av plasmoniska "metamaterial" skulle kunna förbättra solcellseffektiviteten; och ett nytt kliniskt terapeutiskt tillvägagångssätt som använder nanopartiklar för cancerbehandling.
HAMR skulle kunna göra det möjligt att spela in data i en aldrig tidigare skådad liten skala med hjälp av "nanoantenner" och öka mängden data som kan lagras på en vanlig magnetisk skiva med 10 till 100 gånger, sa Shalaev.
I cancerterapi, nanopartiklar injiceras i blodomloppet och samlas runt tumörer. När den utsätts för en ljuskälla, de värms upp, dödar cancerceller. Dock, guldpartiklar erbjuder en utmaning eftersom de måste formas till specifika geometriska former som "nanoskal, " annars kommer de inte att fungera.
"Men med titannitrid kan vi använda enkla och små partiklar som nanosfärer, och de kommer att fungera lika bra som de komplexa geometrier som krävs för guld, sa Boltasseva.
Andra potentiella tillämpningar inkluderar små fotodetektorer och ljuskopplingar och modulatorer som är tillräckligt små för att passa på elektroniska chips.
