Nanoantenn separerar färger ur synligt ljus
SSF-forskare har tillverkat en mycket enkel nanoantenn som kan styra rött och blått ljus i motsatta riktningar, trots att antennen är mindre än ljusets våglängd. Detta kan leda till nya sensorer med förmåga att upptäcka mycket låga koncentrationer av gaser eller biomolekyler.
Resultaten publiceras i tidskriften Nature Communications.
En struktur som är mindre än ljusets våglängd, 390 till 770 nanometer, ska egentligen inte kunna bryta ljus. Men nu har en grupp forskare på Chalmers, med stöd från SSF, skapat en nanoantenn som gör just detta. Tricket som de använt är att bygga en antenn med en asymmetrisk sammansättning av material, vilket skapar en optisk fasförskjutning.
Antennen består av två nanopartiklar med drygt 20 nanometers mellanrum på en glasyta, den ena i silver och den andra i guld. Antennen styr synligt ljus så att rött och blått ljus riktas åt motsatta håll.
Elektronerna svänger
Fenomenet optisk fasförskjutning beror på att nanopartiklarna av guld och silver har olika optiska egenskaper, framförallt när det gäller plasmonresonans. Plasmonresonans innebär att partiklarnas fria elektroner svänger kraftigt i takt med ljusets frekvens, vilket i sin tur påverkar ljusets utbredning trots att antennen är så liten.
Chalmersforskarnas metod att styra ljuset med hjälp av en asymmetrisk materialsammansättning – till exempel silver och guld – är helt ny. Att bygga nanoantenner på det här sättet är mycket behändigt; forskarna har visat att det går att framställa antennerna tätt på en glasyta med hjälp av en billig metod som kallas för kolloidal litografi.
Forskningsområdet nanoplasmonik är ett snabbt växande fält som handlar om att styra hur synligt ljus uppför sig i nanoskala, med hjälp av olika metallnanostrukturer. Nu har alltså forskarna fått en helt ny parameter – asymmetrisk materialsammansättning – att arbeta med för att kunna styra ljuset.
Upptäcka små mängder
Nanoplasmonik kan tillämpas inom en mängd olika områden, berättar Mikael Käll, som är professor i forskargruppen på Chalmers.
– Ett exempel är optiska sensorer, där man kan använda plasmoner för att bygga sensorer som är så känsliga att de kan upptäcka mycket lägre halter av till exempel gifter eller signalsubstanser än vad som är möjligt idag. Det kan handla om att upptäcka enstaka molekyler i ett prov, till exempel för att kunna diagnosticera sjukdomar i ett tidigt skede så att man snabbt kan sätta in behandling.
Bildtext:
Nanoantennen fungerar som en router för rött och blått ljus, tack vare att nanopartiklarna av guld och silver har olika optiska egenskaper.
Illustration: Timur Shegai