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  • Superredes ultrafinas de nanopartículas de oro para nanofotónica

    Capa ultrafina de núcleos de hidrogel esféricos con partículas de oro transferidas a un sustrato de vidrio. Crédito:HHU / Christoph Kawan

    Investigadores dirigidos por el Prof. Dr. Matthias Karg en el Instituto de Química Física informan sobre una técnica simple para desarrollar capas de partículas altamente ordenadas. El grupo trabajó con tiny, perlas de polímero esféricas deformables con una estructura similar a un hidrogel. Los hidrogeles se hinchan con agua, redes tridimensionales. Estas estructuras se utilizan como superabsorbentes en productos como los pañales para bebés debido a su capacidad para absorber grandes cantidades de líquidos.

    Dentro de estas perlas de hidrogel hay pequeñas partículas de oro o plata de unos pocos nanómetros de tamaño, que el equipo de Karg sintetiza en HHU utilizando sales metálicas en un proceso de reducción. "Podemos ajustar el tamaño de las partículas de oro con mucha precisión porque las capas de hidrogel son permeables a las sales metálicas disueltas, permitiendo el crecimiento excesivo sucesivo de los núcleos de oro ". La estructura de estas partículas núcleo-caparazón se puede comparar aproximadamente con la de una cereza, en el que un núcleo duro está rodeado de pulpa blanda.

    Los investigadores de Duesseldorf utilizaron una solución diluida de estas perlas de hidrogel para producir finas monocapas. Aplicaron las cuentas a la superficie del agua, donde un reluciente, Capa altamente ordenada autoensamblada. Los investigadores transfirieron esta capa de la superficie del agua a sustratos de vidrio; esta transferencia hace que el sustrato de vidrio brille.

    Al observar una capa de este tipo con un microscopio electrónico se observa una matriz de partículas ordenadas hexagonalmente. "Estas son las partículas de oro en sus conchas, "explica la estudiante de doctorado Kirsten Volk, "y vemos que están ordenados en un solo, capa muy ordenada ". Las partículas de oro determinan el color de la capa al reflejar la luz visible con ciertas longitudes de onda, que interfiere y por lo tanto crea la impresión de un color cambiante cuando se ve desde diferentes ángulos.

    Produciendo la estructura de capas, (desde la izquierda):Primero se aplica cuidadosamente a la superficie del agua una solución que contiene los núcleos de hidrogel esféricos con las partículas de oro incluidas. Esto forma rápidamente un ultrafino, capa brillante que posteriormente se puede quitar con un sustrato de vidrio. Crédito:HHU / Christoph Kawan

    "Estas capas delgadas son muy interesantes para la optoelectrónica, es decir, la transferencia y procesamiento de datos usando la luz. También es posible usarlos para construir láseres miniaturizados, ", dice el profesor Karg. Estos nanoláseres tienen un tamaño de solo nanómetros, constituyendo así una tecnología clave en el campo de la nanofotónica.

    En su estudio publicado en Interfaces y materiales aplicados ACS , Los investigadores de Duesseldorf han superado un gran obstáculo en el camino hacia tales nanoláseres. Crearon resonancias colectivas en las partículas de oro por la luz incidente. Esto significa que las partículas de oro no se excitan individualmente; en lugar de, todas las partículas excitadas están en resonancia. Esta resonancia colectiva es el requisito previo básico para construir láseres. Las capas de partículas también son muy delgadas.

    Para aplicaciones optoelectrónicas y nanoláseres, los modos resonantes deberán amplificarse aún más en las capas delgadas. El profesor Karg dice:"Próximo, Intentaremos amplificar aún más la resonancia mediante el dopaje con emisores. A largo plazo, esto también podría permitirnos realizar nanoláseres eléctricos ".


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