Midiendo las propiedades únicas de la luz en la escala de un solo átomo, investigadores de la Universidad de Duke y el Imperial College, Londres, creen que han caracterizado los límites de la capacidad del metal en dispositivos que mejoran la luz.

Este campo se conoce como plasmónicos porque los científicos están tratando de aprovechar los plasmones, electrones que han sido "excitados" por la luz en un fenómeno que produce un aumento del campo electromagnético. La mejora lograda por los metales a nanoescala es significativamente mayor que la que se logra con cualquier otro material.

Hasta ahora, los investigadores no han podido cuantificar las interacciones plasmónicas en tamaños muy pequeños, y por lo tanto no han podido cuantificar las limitaciones prácticas de la mejora de la luz. Este nuevo conocimiento les brinda una hoja de ruta para controlar con precisión la dispersión de la luz que debería ayudar en el desarrollo de dispositivos, como sensores médicos y componentes de comunicaciones fotónicos integrados.

Típicamente, Los dispositivos plasmónicos involucran las interacciones de electrones entre dos partículas metálicas separadas por una distancia muy corta. Durante los últimos 40 años, Los científicos han estado tratando de averiguar qué sucede cuando estas partículas se acercan cada vez más, a distancias subnanométricas.

"Pudimos demostrar la precisión de nuestro modelo al estudiar la dispersión óptica de las nanopartículas de oro que interactúan con una película de oro, "dijo Cristian Ciracì, Investigador postdoctoral en Duke's Pratt School of Engineering. "Nuestros resultados proporcionan un fuerte apoyo experimental al establecer un límite superior para la mejora máxima del campo que se puede lograr con los sistemas plasmónicos".

Los resultados de los experimentos, que se llevaron a cabo en el laboratorio de David R. Smith, William Bevan, profesor de ingeniería eléctrica e informática en Duke, aparecer en la portada de Ciencias , 31 de agosto 2012.

Ciracì y su equipo comenzaron con una fina película de oro recubierta con una monocapa ultrafina de moléculas orgánicas, tachonado con cadenas de carbono controlables con precisión. Se dispersaron esferas de oro nanométricas en la parte superior de la monocapa. Esencial para el experimento fue que la distancia entre las esferas y la película se podía ajustar con la precisión de un solo átomo. De esta manera los investigadores pudieron superar las limitaciones de los enfoques tradicionales y obtener una firma fotónica con resolución a nivel de átomo.

"Una vez que conozca la mejora máxima del campo, luego puede averiguar las eficiencias de cualquier sistema plasmónico, "Dijo Smith." También nos permite 'sintonizar' el sistema plasmónico para obtener mejoras predecibles exactas, ahora que sabemos lo que está sucediendo a nivel atómico. El control de este fenómeno tiene ramificaciones profundas para la óptica cuántica y no lineal ".

El equipo de Duke trabajó con colegas del Imperial College, específicamente Sir John Pendry, quien ha colaborado durante mucho tiempo con Smith.

"Este artículo lleva el experimento más allá de lo nano y explora la ciencia de la luz en una escala de unas pocas décimas de nanómetro, el diámetro de un átomo típico, "dijo Pendry, físico y codirector del Centro de Plasmónica y Metamateriales del Imperial College. "Esperamos aprovechar este avance para habilitar fotones, normalmente unos cientos de nanómetros de tamaño, para interactuar intensamente con átomos que son mil veces más pequeños ".