Los laboratorios de investigación están desarrollando constantemente nuevos materiales que se espera que exhiban propiedades novedosas destinadas a revolucionar tal o cual tecnología. Pero no es suficiente simplemente crear estos materiales; los científicos también necesitan encontrar métodos eficientes para procesarlos y ajustarlos. Es más, Los compuestos a menudo se fabrican mediante la adición de nanopartículas en una matriz base, por eso es necesario encontrar una forma de manipular la ubicación, Talla, y la tasa de concentración de estas partículas que excluiría incluso las desviaciones más pequeñas que son invisibles para el ojo humano.

Investigadores de la Universidad ITMO han mejorado la técnica de procesamiento local de composites basados ​​en vidrio nanoporoso con adición de plata y cobre. Ahora, es posible predecir con gran precisión las propiedades ópticas de un componente plasmónico durante su tratamiento. Esta investigación fue publicada en Nanomateriales .

Durante milenios, la humanidad tuvo que adaptarse a los materiales que tenía a su disposición:metales, madera, piedra, minerales, etc. Hoy, los seres humanos han aprendido a adaptar los materiales que tienen a sus propias necesidades, creando materiales compuestos a partir de varios componentes. Estos materiales tienen nuevas propiedades y abren nuevas oportunidades. Tienen un gran potencial para su uso en dispositivos ópticos como láseres, lidars, sensores, lentes, guías de olas, y otros dispositivos que procesan señales luminosas. En particular, los investigadores tienen grandes esperanzas en el vidrio mejorado con nanopartículas metálicas.

"Estos materiales se pueden utilizar como filtros ópticos, "explica Pavel Varlamov, ingeniero investigador de la Facultad de Fotónica Láser y Optoelectrónica. "Luz blanca, tal como lo conocemos, consta de una gran cantidad de longitudes de onda y es posible que deba, por ejemplo, resaltar o excluir una determinada banda de espectro, como azul o amarillo. Para eso están los filtros ópticos, y se pueden utilizar en láseres, refractores, lentes, o guías de olas ".

Dependiendo de los iones metálicos que se agreguen al vidrio, el compuesto resultante se puede utilizar para manipular varias partes del espectro. Por ejemplo, si añadieras nanopartículas de plata y cobre al vidrio, absorbería radiación en la banda azul-verde. Pero al agregar nanopartículas de plata y cobre al vidrio normal, como los que se utilizan para hacer ventanas o utensilios de cocina, sería un proceso complejo y costoso que implicaría numerosas reacciones químicas. Es por eso que los científicos prefieren usar vidrio nanoporoso especial para estos fines.

Una vez que las nanopartículas se han "encajado" en los poros, el material se modifica con radiación láser para potenciarlo con nuevas propiedades ópticas que lo hagan posible, por ejemplo, para controlar con precisión el espectro de luz transmitiendo o absorbiendo haces de luz de una banda específica.

Pero hay un problema:durante el tratamiento destinado a "pegar" los componentes de un nuevo material, las nanopartículas metálicas cambian de forma e incluso de composición química. Durante todo el proceso, el material cambia la forma en que interactúa con la radiación láser; esencialmente, comienza a absorber mejor la radiación dentro de una banda específica del espectro. Esto presenta varios desafíos para el proceso de tratamiento. Un láser no puede ajustarse simplemente a valores específicos y luego usarse para tratar el material de principio a fin; debe ajustarse continuamente a los cambios que ocurren dentro del material.

"El método que hemos sugerido hace posible crear voluminosos elementos a microescala con un pico de resonancia plasmónica que se puede controlar en tiempo real, "dice Roman Zakoldaev, investigador de la Facultad de Fotónica Láser y Optoelectrónica. "El método tiene como objetivo optimizar los parámetros de alteración del láser a través de la retroalimentación".

Para ajustar el rendimiento del láser durante todo el tratamiento, los científicos deben realizar instantáneamente cálculos complejos de los cambios que ya se han producido y los cambios que deberían realizarse en la configuración del láser. Para eso, necesitan un modelo físico-matemático flexible; dicho modelo se ha convertido en la base de un algoritmo diseñado para gestionar el procesamiento de estos materiales.

Los investigadores de la Universidad ITMO han sugerido un modelo matemático que tendría en cuenta la fuerza de la radiación y los cambios que provoca en el material. Esto permite a los investigadores producir materiales con las propiedades ópticas exactas que inicialmente se tomaron en cuenta en los cálculos.

"Pudimos proponer un algoritmo de cálculo que presenta la estructura electrónica, Talla, y concentración de nanopartículas con las propiedades ópticas del material como un entorno eficaz (?), ", dice Maksim Sergeev." El uso del algoritmo junto con un modelo de crecimiento de partículas controlado por difusión nos ha permitido rastrear los cambios ópticos en el tratamiento con láser en tiempo real ".

El método sugerido haría que la creación de componentes ópticos plasmónicos únicos fuera barata y fácil de manejar. abriendo nuevas oportunidades para su integración en la producción industrial.