(Phys.org) - Una nueva investigación en la Universidad de Rice que busca establecer puntos de referencia entre partículas plasmónicas y polímeros podría conducir a chips de computadora más pequeños, mejores antenas y mejoras en la computación óptica.

Los científicos de materiales aprovechan las fuertes interacciones entre los productos químicos para formar polímeros que se autoensamblan en patrones y son la base de las cosas que la gente usa todos los días. Cualquier cosa hecha de plástico es un buen ejemplo.

Ahora, Los científicos de Rice han detallado patrones similares en la forma en que los plasmones de superficie, "cuasipartículas" cargadas que fluyen dentro de las partículas metálicas cuando se excitan con la luz, se influyen entre sí en cadenas de nanopartículas de oro.

Los resultados del trabajo del laboratorio Rice de Stephan Link, un profesor asistente de química e ingeniería eléctrica e informática, aparecer en línea en la revista American Chemical Society Nano letras .

Las interacciones entre cosas pequeñas han estado muy en las noticias últimamente con el descubrimiento de signos del bosón de Higgs y una extensa discusión sobre cómo interactúan las partículas más elementales para dar al universo su forma. El equipo de Rice estudia nanopartículas que son órdenes de magnitud más grandes, aunque aún tan pequeñas que solo se pueden ver con un microscopio electrónico, con el objetivo de comprender cómo se comportan las partículas electromagnéticas más elementales.

Esto es importante para los ingenieros electrónicos que buscan constantemente formas de reducir el tamaño de los chips de computadora y otros dispositivos a través de componentes cada vez más pequeños, como guías de ondas. La capacidad de las nanopartículas para transmitir ondas que pueden interpretarse como señales puede abrir la puerta a nuevos métodos de computación óptica. El trabajo también puede contribuir a tener antenas y sensores más afinados.

Específicamente, los investigadores buscaron las formas en que los plasmones se influyen entre sí a través de pequeños espacios, tan pequeños como un nanómetro, entre las nanopartículas de oro. Autor principal Liane Slaughter, un estudiante graduado de Rice, y sus colegas diseñaron cadenas de partículas de 50 nanómetros en filas simples y dobles que imitaban los patrones moleculares repetidos de los polímeros. Luego observaron las señales superradiantes y subradiantes permanentes sostenidas colectivamente por los conjuntos individuales de nanopartículas. La composición de la cadena en términos de tamaños de nanopartículas, las formas y posiciones determinan las frecuencias de luz con las que pueden interactuar característicamente.

"En plasmónicos, utilizamos nanopartículas individuales como bloques de construcción para hacer estructuras de orden superior, "Link dijo." Aquí, estamos tomando conceptos conocidos por los científicos de polímeros para analizar las estructuras de cadenas más largas de nanopartículas que creemos que se parecen a los polímeros ".

"La definición fundamental de un polímero es que es una molécula larga cuyas propiedades dependen de la unidad de repetición, "Slaughter dijo." Si cambias los átomos que se repiten en la cadena, luego cambia las propiedades del polímero ".

"Lo que cambiamos en nuestras estructuras de ensamblaje fue la unidad de repetición, una fila de una sola partícula versus un dímero (en la fila doble), y descubrimos que esto encajaba con la analogía con los polímeros químicos porque ese cambio altera muy claramente las interacciones a lo largo de la cadena, "Enlace agregado.

Este cambio de estructura básica de una fila única a una fila doble condujo a diferencias pronunciadas demostradas por modos subradiantes adicionales y un modo superradiante de menor energía.

Two additional interesting effects seemed to be universal among the team's plasmonic polymers. One was that the energy of the super-radiant mode, which results from the interaction over the most repeat units, would characteristically decrease with the addition of nanoparticles along the length, up to about 10 particles, and then level off. "Once you have 10 repeat units, you basically see an optical spectrum that will not change very much if you make a chain with 20 or 50 repeat units, " Link said.

The other was that disorder among the repeat units – the nanoparticles – only seems to matter at the small scale. "With chemically prepared nanoparticles, there's always a distribution of sizes and perhaps shapes, " Link said. "As you bring them close together, they couple really strongly, and that's a big advantage. Pero al mismo tiempo, we can never make structures that are perfect.

"So we wanted to understand the effect of disorder, and what we found was pretty amazing:As the system grows in size, the effect of disorder is less and less important on the optical properties. That also has a strong analogy in polymers, in which disorder can be seen as chemical defects, " él dijo.

"If the plasmonic interactions over the chain tolerate disorder, it gives promise to designing functional structures more economically and maybe with higher throughput, " Slaughter said. "With a whole bunch of small building blocks, even if they're not all perfectly alike, you can make a great variety of shapes and structures with broad tunability."