Sulfuro de antimonio, o estibina (Sb ₂ S ₃ ), ha sido investigado intensamente en los últimos años como un material prometedor para no tóxicos, células solares ecológicas. Ahora es posible fabricar películas fotovoltaicas delgadas a partir de una tinta que contiene nanopartículas de estibina, y nanopatrones de esas películas para estructuras 2-D y 3-D de prácticamente cualquier forma. Tan simple Los métodos de producción rentables cumplen los requisitos previos para uso extendido.

Dado que la estibina es un semiconductor eficaz (es decir, tiene un alto coeficiente de absorción y movilidad del portador), su nanoestructura es prometedora como material fotoconmutable para el procesamiento y la computación de señales totalmente ópticas. Petra Groß, investigador del Instituto de Física de la Universidad de Oldenburg explica, "Iluminación con luz infrarroja cercana, con longitudes de onda para las que la estibina es en gran parte transparente, puede resultar en un cambio ultrarrápido de su índice de refracción. Esto significa que una superficie con un patrón de nanopartículas de estibina podría permitir que las propiedades ópticas, como el reflejo de la apariencia del color, se cambien mediante un pulso de luz infrarroja ".

Si se van a utilizar nanoestructuras de estibina en nanodispositivos intercambiables, una alta calidad óptica es esencial. Un estudio reciente publicado en Fotónica avanzada investigó las propiedades ópticas de las nanoestructuras de estibina. El estudio demostró que los nanodots de estibita pueden actuar como guías de ondas de alta calidad óptica. Este descubrimiento, junto con las fáciles capacidades de estructuración 2-D y 3-D y las interesantes propiedades ópticas, indica un gran potencial para las nanoestructuras de estibina como materiales intercambiables para aplicaciones futuras.

Nanodots de estibita

El autor principal del estudio, Jinxin Zhan, Actualmente es estudiante de doctorado en el Laboratorio de Fotónica de Campo Cercano del Profesor Christoph Lienau en la Universidad de Oldenburg. Zhan explica que las imágenes de microscopio electrónico de estibina indican una superficie bastante irregular. Colaborando con investigadores de la Universidad de Konstanz, Zhan y su equipo tenían como objetivo estimar las propiedades ópticas de la nanoestructura de estibita mediante la investigación de nanodots de estibina (400 nm de diámetro) sobre una superficie de estibita.

Zhan dice:"Esta inspección óptica es difícil. El tamaño de las nanoestructuras suele ser más pequeño que la longitud de onda de la luz visible, de modo que las mediciones espectroscópicas se realizan típicamente sólo en conjuntos de varias nanoestructuras ".

Enfoque de nanopartículas

Para lograr la difícil inspección óptica, Zhan y su equipo desarrollaron un nuevo tipo de espectroscopía de campo cercano que permite el estudio óptico de nanopartículas individuales. Se basa en microscopía óptica de campo cercano (SOM) de barrido de tipo dispersión, donde una sonda de oro con una punta afilada de un radio de curvatura de aproximadamente 10 nm se acerca a la superficie de la nanoestructura y se escanea a través de ella. La luz dispersada de la estructura por la punta es recogida por un detector.

Zhan señala, "Generalmente, hay una gran cantidad de luz de fondo presente, que suprimimos modulando la distancia punta-muestra y mezclando la luz dispersa con un láser de referencia de banda ancha. Un monocromador equipado con una cámara de línea rápida nos permite medir espectros completos en cada posición mientras escaneamos raster. "El ancho de banda espectral es de 200 nm, y la resolución espacial es de unos 20 nm, de modo que el equipo pueda estudiar las propiedades ópticas, o perfiles de intensidad resueltos espectralmente, dentro de los nanodots individuales.

Los mapas resultantes de las nanopartículas de estibina revelaron que actúan como un índice de refracción alto, guías de ondas dieléctricas, a pesar de su superficie irregular aparente en estudios estructurales. Zhan explica además, "Con nuestro nuevo método, vemos perfiles de modo a través de los nanodots que son muy similares a los perfiles de modo de ondas guiadas en fibras ópticas de vidrio. Un cálculo muestra que una guía de ondas cilíndrica de estibita con un diámetro de 400 nm debería admitir cuatro modos. Una superposición calculada de estos cuatro modos de orden más bajo coincide muy bien con nuestra observación experimental. Estos modos son compatibles con todo el ancho de banda de 200 nm de nuestra medición de espectroscopía de campo cercano ".

Lienau señaló que esta nueva técnica ofrece una forma totalmente nueva de "ver" cantidades diminutas de nanomateriales y abre la puerta al estudio de la dinámica de sus excitaciones ópticas en escalas de tiempo ultrarrápidas. Él dice, "La técnica espectroscópica desarrollada por Jinxin Zhan y Petra Groß es excepcionalmente prometedora. Ya ahora, El equipo ha demostrado la espectroscopia de dispersión de luz local con una resolución de sublongitud de onda profunda y una alta sensibilidad. Estamos seguros de que podremos mejorar aún más la resolución espacial en el rango de unos pocos nanómetros rápidamente ".