Plasmonik är speciella optiska fenomen som förstås som interaktioner mellan ljus och materia och har olika former, materialsammansättningar och symmetrirelaterat beteende. Utformningen av sådana plasmoniska strukturer på nanoskalanivå kan bana väg för optiska material som svarar på ljusets orientering (polarisation), vilket inte är lätt att uppnå i bulkstorlek och befintliga material.

I detta avseende är "skuggtillväxt" en teknik som använder vakuumavsättning för att producera nanopartiklar från ett brett utbud av 2D- och 3D-former i nanoskala. Nya forskningsframsteg för att kontrollera denna skuggeffekt har vidgat möjligheterna att skapa olika nanostrukturer.

Nu, i tvillingstudier ledda av biträdande professor Hyeon-Ho Jeong från Gwangju Institute of Science and Technology (GIST), Republiken Korea, har forskare på ett omfattande sätt belyst de senaste framstegen inom skuggtillväxttekniker för hybridplasmoniska nanomaterial, inklusive klock- inspirerade mönster som innehåller magnesium (Mg).

Studierna publicerades i Advanced Materials den 25 mars 2022 (med Jang-Hwan Han och Doeun Kim som förstaförfattare och professor Peer Fischer och Dr. Jeong som medförfattare) och Advanced Optical Materials den 20 november 2023 (med Juhwan Kim och Jang-Hwan Han som förstaförfattare respektive Dr. Jeong som motsvarande författare).

Skuggeffekten här hänvisar till närvaron av "mörka" områden på en yta som är dolda av "frö"-molekyler och därmed otillgängliga för avsättning av förångade material, ungefär som skuggområden dit ljus inte kan nå.

Dr Jeong utvecklar detta ytterligare och säger:"Eftersom dessa skuggade områden är de regioner där materialet inte kan deponeras, kan en rad tredimensionella nanostrukturer bildas. Denna formation beror på storleken på fröet, avståndet mellan fröna , och substratets lutning."

Dessutom säger Doeun Kim, en Ph.D. student, "Skapandet av unika nanostrukturer påverkas av införandet av rotation under processen, baserat på rotationshastighet, tid och vinkel, vilket i slutändan bildar tredimensionella nanostrukturer."

I den första studien (som presenterades som en försättsbladsartikel) visade teamet upp produktionen av olika nanostrukturer med hjälp av en specifik skuggtillväxtteknik känd som blickvinkelavsättning. Dessa strukturer uppvisar avstämbara optiska egenskaper som uppnås genom lämpliga modifieringar av deras material, form och omgivande miljö.

Deras granskning betonar också ett brett spektrum av potentiella tillämpningar, inklusive nano- och mikrorobotar för sårläkning och läkemedelstillförsel i människokroppen, fotoniska enheter och kiral spektroskopi, bland annat.

För den efterföljande studien skapade teamet 3D-rotamerer (molekyler med specifika rotationsarrangemang) som kan både linjär och cirkulär polarisering, samt lagra en betydande mängd information.

Denna klockinspirerade design innebär att två nanorods gjorda av Mg placeras i en viss modifierbar vinkel, som liknar tim- och minutvisare på en klocka. Dessa nanostrukturer lovar också för olika applikationer, såsom säker verifiering av föremål som sedlar, anordningar mot förfalskning och skärmar som kan övergå till önskade optiska tillstånd efter behov.

När han pratar om denna utveckling och föreställer sig framtiden för plasmonik, säger Dr. Jeong:"Dessa rotamerer kan ha potentiell användning i fysiskt oklonbara funktioner, ett område som för närvarande undersöks intensivt för att säkerställa robusta säkerhetsnivåer för hårdvara, såsom datorer eller servrar."

Ph.D. student Juhwan Kim tillägger, "Särskilt kan förmågan att selektivt filtrera UV-ljuskällor och specifika synliga våglängder beroende på polarisationstillståndet också användas i glasögon och fönster för att skydda ögon och hud genom att blockera UV-strålar från solljus."

Mer information: Jang‐Hwan Han et al, Plasmonic Nanostructure Engineering with Shadow Growth, Avancerade material (2022). DOI:10.1002/adma.202107917

Juhwan Kim et al, Plasmoniska nano-rotamerer med programmerbar polarisationsupplöst färgning, Avancerat optiskt material (2023). DOI:10.1002/adom.202301730

Journalinformation: Avancerat material , Avancerat optiskt material

Tillhandahålls av Gwangju Institute of Science and Technology