System som tillåter etikettfri detektion på molekylär nivå förväntas ha enorm inverkan på biokemiska vetenskaper. Forskningen fokuserar på material och teknologier baserade på att utnyttja kopplingen av ljus med elektroniska laddningssvängningar, de så kallade lokaliserade ytplasmonresonanserna, i metalliska nanostrukturerade antenner. Anledningen till denna fokuserade uppmärksamhet är deras lämplighet för avkänning av en enda molekyl, som härrör från den inneboende nanoskopiska avkänningsvolymen och den höga känsligheten för den lokala miljön. Vanligtvis är metallerna som används för att bygga sådana nanoantenner guld eller silver. Att effektivt koppla ljus till lokaliserade plasmoner med ferromagnetiska metaller som nickel eller kobolt ansågs under lång tid i praktiken vara omöjligt.

För några år sedan visade ett samarbete mellan nanomagnetism- och nanooptikgrupperna i nanoGUNE att ferromagnetiska nanoantenner stöder lokaliserade plasmoner, och, på samma gång, visar en betydande magneto-optisk aktivitet under applicering av externa magnetfält. Idén att föra samman ljus och magnetism i nanoskala med hjälp av plasmoner ledde, under det senaste decenniet, till det snabbt växande området för magnetoplasmonik för att realisera nya och oväntade fenomen och funktioner för manipulering av ljus och/eller spinntillstånd på nanoskala.

Nu, ett team av forskare från CIC nanoGUNE, i samarbete med forskare från Chalmers tekniska högskola och Göteborgs universitet, har upptäckt ett nytt sätt för optisk avkänning, använder de magneto-optiska Kerr- och Faraday-effekterna i ferromagnetiska nanoantenner. De har nyligen visat i ett verk publicerat i Naturkommunikation hur designad faskompensation i det elektromagnetiska svaret hos magnetoplasmoniska nanostrukturer gör det möjligt för dem att fungera som ultrakänsliga etikettfria sensorer på molekylär nivå med höga värdesiffror, nämligen. fantastiska avkänningsprestanda med extraordinärt signal/brusförhållande. Mest anmärkningsvärt, de har visat en rå ytkänslighet (det vill säga utan att tillämpa några anpassningsprocedurer) av två storleksordningar högre än de aktuella värdena som rapporterats för nanoplasmoniska sensorer. Sådan känslighet motsvarar en massa av 0,8 ag per nanoantenn av polyamid-6,6, som är representativt för ett stort antal olika polymerer, peptider, och proteiner. Detta proof of concept öppnar vägen för utformningen av en ny typ av praktiska enheter, som kan magnetiskt aktiveras och styras för att uppnå mycket höga avkänningsprestanda upp till en submolekylär nivå.

Upptäckten av dessa ultrakänsliga förmågor är främst inriktad på biomedicin och diagnostik som ett effektivt sätt att hämta mer information från mindre mängder vätskor, som blod eller urin samt för att upptäcka cancerserum eller för att studera proteiners dynamik vid ytfunktionalisering. Förutom biosensing, det finns också många andra potentiella applikationer som inte kräver ytfunktionalisering och som skulle ha stor nytta av detta nya tillvägagångssätt, som kemisk avkänning av giftiga material och explosiva ämnen, eller ultraexakta tjockleksövervakningsapplikationer.