Ett sätt att transportera mycket begränsad ljusenergi över långa avstånd med hjälp av utökade nätverk av delvis sammansmälta guldnanopartiklar har visats av ett internationellt team av forskare. Denna demonstration ökar möjligheten till nya alternativ för informationsbehandling genom att realisera extremt miniatyriserad ljusstyrning och kan leda till framsteg inom sensorer och telekommunikationssystem.

"Vår strategi har all den mångsidighet som kemi som involverar kolloider erbjuder och kan användas för att tillverka miniatyriserade optiska nätverk, "förklarar Michel Bosman från A*STAR Institute of Materials Research and Engineering i Singapore.

Ljuset går snabbt, vilket gör det till ett mycket attraktivt medium för överföring av information. För närvarande, optiska fibrer används för att transportera optiska signaler över långa avstånd, men de är olämpliga på små skalor eftersom deras dimensioner inte kan krympa mycket under ljusets våglängd. Ett lovande tillvägagångssätt är att använda ljusinducerade svängningar av elektroner (kända som ytplasmoner) på nanopartiklar, men fram till nu hade det inte varit möjligt att koppla ihop plasmoner mellan ett stort antal berörande nanopartiklar.

Bosman, tillsammans med medarbetare på CEMES i Frankrike och i Bristol i Storbritannien, utvecklat ett sätt att sprida ytplasmoner över långa kedjor av guldnanopartiklar. Detta gjorde det möjligt för dem att minimera transporten av mycket begränsat ljus över avstånd som är tillräckligt långa för att vara användbara för optiska kretsar.

Forskarna syntetiserade guldnanopartiklar som var 12 nanometer i diameter och monterade dem själv i nätverk genom att tillsätta föreningen merkaptoetanol. De 'svetsade' sedan ihop nanopartiklarna genom att bestråla dem med en elektron med hög energi.

Teamet undersökte ljusutbredningsegenskaperna hos nätverken med en teknik som kallas elektronenergiförlustspektroskopi. Dessa mätningar visade att nätverken bildar vägar längs vilka ljusenergi kan färdas som ytplasmoner (se bild).

Resultaten var mycket tydligare än forskarna förväntade sig. "Vi blev förvånade över att se att ytplasmonerna inte försvagades mycket av korngränserna som finns mellan angränsande nanopartiklar, "säger Bosman." Våra nätverk innehåller hundratals spannmålsgränser, och ändå skulle ytplasmonerna oscillera över dem mestadels obehindrat. "

I framtiden, laget hoppas kunna producera designernätverk med hjälp av sina nanopartiklar. "För närvarande, vi kan inte styra utformningen av våra nanopartikelnät i detalj, "säger Bosman." Vi tänker kombinera vår teknik med litografi för att få full kontroll över deras längd och form och formdesignade optiska nätverk gjorda med kolloidala nanopartiklar som byggstenar. "