Ученые из группы теоретической нанофотоники факультета физики и астрономии Университета Нью-Мексико сделали новый захватывающий шаг вперед в этом направлении, опубликовав новаторское исследование под названием «Анализ пределов ближнего поля, создаваемого массивами наночастиц». недавно в журнале ACS Nano, ведущем журнале в области нанотехнологий.
Группа, возглавляемая доцентом Алехандро Манджавакасом, изучала, как можно управлять оптическим откликом периодических массивов металлических наноструктур для создания сильных электрических полей в непосредственной близости от них.
Изучаемые ими массивы состоят из наночастиц серебра, крошечных сфер серебра, которые в сотни раз меньше толщины человеческого волоса, размещенных в повторяющемся узоре, хотя их результаты применимы и к наноструктурам, сделанным из других материалов. Из-за сильного взаимодействия между каждой из наносфер эти системы могут использоваться для различных приложений, от яркой цветной печати с высоким разрешением до биосенсоров, которые могут произвести революцию в здравоохранении.
«Эта новая работа поможет продвинуть множество приложений массивов наноструктур, предоставив фундаментальное понимание их поведения», – говорит Манджавакас. "Улучшения ближнего поля, которые мы прогнозируем, могут изменить правила игры для таких технологий, как сверхчувствительный биосенсор."
Манджавакас и его команда, состоящая из Лорен Зундель и Стивена Сандерса, аспирантов факультета физики и астрономии, смоделировали оптический отклик этих массивов, обнаружив новые захватывающие результаты. Когда периодические массивы наноструктур освещаются светом, каждая из частиц вызывает сильный отклик, который, в свою очередь, приводит к огромному коллективному поведению, если все частицы могут взаимодействовать друг с другом.
Это происходит при определенных длинах волн падающего света, которые определяются расстоянием между частицами массива, и может привести к электрическим полям, которые в тысячи или даже десятки тысяч раз больше, чем свет, падающий на массив.
Сила этого увеличения поля зависит от геометрических свойств массива, таких как расстояние между наносферами, а также от размера самих сфер. Совершенно нелогично, что Манджавакас и его группа обнаружили, что уменьшение плотности наночастиц в массиве либо путем увеличения расстояния между ними, либо путем уменьшения их размера приводит к усилению поля, которое не только больше, но и распространяется дальше от массива.
«Было действительно интересно узнать, что ключ к этим огромным улучшениям поля на самом деле заключается в том, чтобы делать частицы меньше и дальше друг от друга», – говорит Зундель об открытии.
«Причина этого в том, что взаимодействие между наночастицами и, следовательно, коллективный ответ усиливается», – считает Сандерс.
Исследование частично спонсировалось Национальным научным фондом (NSF) и использовало высокопроизводительные вычислительные ресурсы, предоставленные Центром перспективных исследований UNM.