(Phys.org):al llevar la tecnología nanofotónica a la espectroscopia óptica tradicional, Un nuevo tipo de espectrómetro óptico con funciones de detección y medición espectral ha sido demostrado recientemente por un equipo de investigación de la Universidad de Alabama en Huntsville.

Dr. Junpeng Guo, Profesor Asociado de Ingeniería Eléctrica y Óptica en UAHuntsville, recientemente creó un nuevo dispositivo fotónico a nanoescala llamado super nano-rejilla, con la ayuda de su estudiante de doctorado, Haisheng Leong. Con una super nano-rejilla fabricada, El grupo del Dr. Guo demostró un nuevo tipo de aparato de detección óptica llamado sensores espectrométricos.

Los espectrómetros ópticos tradicionales miden los espectros de luz. Los sensores ópticos tradicionales utilizan luz para detectar la presencia de productos químicos. Un sensor de espectrómetro es un espectrómetro óptico y también un sensor químico porque mide el espectro de resonancia óptica que está controlado por productos químicos adheridos a la superficie de la nanoestructura. Un sensor de espectrómetro con una rejilla metálica supernanolit se publicó por primera vez en Letras de óptica (vol. 36, 2011) y recientemente se publicó un sensor espectrómetro con una rejilla metálica súper nanoagujero en Óptica Express (vol. 20, 2012).

Las nano-rejillas son nanoestructuras periódicas con el tamaño de la característica en la escala nanométrica. Un nanómetro es una millonésima parte de un milímetro, alrededor de 1/50, 000 del diámetro de un cabello humano. Debido a que el tamaño de la característica de las nanoestructuras es menor que la longitud de onda de la luz, no podemos ver nanoestructuras con nuestros ojos. Sin embargo, la luz puede detectar nanoestructuras mediante fuertes absorciones en longitudes de onda específicas. Este fenómeno se llama resonancia óptica de nanoestructuras, un fenómeno fundamental en óptica.

Las resonancias ópticas de nanoestructuras normalmente se miden usando espectrómetros ópticos. Al crear un patrón de superrejilla de nanoestructuras, El equipo de UAHuntsville fabricó rejillas de súper difracción con estructuras de nano-rejillas. Con la super nano-rejilla, la resonancia de la nanoestructura se puede medir con una matriz de fotodetectores. De esa manera, no es necesario el uso de un espectrómetro óptico.

Las nanoestructuras, como nanoagujeros o nano rendijas, se fabrican mediante el uso de un haz de electrones bien enfocado, una técnica llamada litografía por haz de electrones. Los patrones de nanoestructura se dibujaron primero con una computadora y luego se enviaron a la máquina de litografía por haz de electrones para controlar el movimiento del haz de electrones estrechamente enfocado para escribir nanoagujeros o cualquier otro patrón de nanoestructura en una capa delgada de polímero especial llamado e-beam resist.

La capa de polímero escrita con haz electrónico se desarrolla luego para que los patrones de nanoestructura se impriman en la capa de polímero delgada. La capa de polímero con patrón funciona como una máscara y se usa un proceso de grabado con iones de argón para transferir el patrón de la capa de polímero a la película delgada de metal debajo de ella. Este dispositivo fue fabricado por Haisheng Leong, asistente de investigación de posgrado en UAHuntsville.

La súper nano-rejilla es una matriz de nanoagujeros de súper período perforada en una fina película de oro sobre un sustrato de vidrio transparente. El espesor de la película de oro es de 60 nanómetros y el tamaño de los nanoagujeros es de unos 100 nanómetros. Los nanoagujeros periódicos en la fina película metálica soportan oscilaciones colectivas de electrones libres, denominados plasmones de superficie, en el metal nanoestructurado.

Las super nano-rejillas tienen una física rica que necesita ser investigada, Dijo el Dr. Guo. Un artículo que escribió y publicó recientemente en Letras de física aplicada (vol. 101, 2012) está tratando de explicar el fenómeno de división del modo de resonancia observado en la rejilla de super-nanoagujeros. La división del modo de resonancia se puede utilizar para hacer sensores químicos de mejor sensibilidad.

Los sensores del espectrómetro pueden detectar toxinas o contaminantes en cantidades muy pequeñas. UAHuntsville ha presentado recientemente una patente para licenciar la nueva tecnología.

"Los sensores de espectrómetro son más adecuados en aplicaciones que requieren un tamaño y peso pequeños, "Dijo el Dr. Guo. Sensores de tamaño tan pequeño y livianos pueden ser útiles para aplicaciones de exploración espacial de la NASA, como medir la composición química en la superficie de Marte, él dijo.