Investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y la Universidad de Maryland han demostrado cómo realizar mediciones a nanoescala de las propiedades críticas de los nanomateriales plasmónicos, las nanoestructuras especialmente diseñadas que modifican la interacción de la luz y la materia para una variedad de aplicaciones. incluyendo sensores, camuflaje (invisibilidad), fotovoltaica y terapéutica.

Su técnica es una de las pocas que permite a los investigadores realizar mediciones físicas reales de estos materiales a nanoescala sin afectar la función del nanomaterial.

Los nanomateriales plasmónicos contienen estructuras conductoras a nanoescala especialmente diseñadas que pueden mejorar la interacción entre la luz y un material adyacente. y la forma y el tamaño de tales nanoestructuras se pueden ajustar para sintonizar estas interacciones. Los cálculos teóricos se utilizan con frecuencia para comprender y predecir las propiedades ópticas de los nanomateriales plasmónicos, pero hay pocas técnicas experimentales disponibles para estudiarlas en detalle. Los investigadores deben poder medir las propiedades ópticas de las estructuras individuales y cómo cada una interactúa con los materiales circundantes directamente de una manera que no afecte el funcionamiento de la estructura.

"Queremos maximizar la sensibilidad de estas matrices de resonadores y estudiar sus propiedades, "dice la investigadora principal Andrea Centrone." Para hacer eso, necesitábamos una técnica experimental que pudiéramos utilizar para verificar la teoría y comprender la influencia de los defectos de nanofabricación que normalmente se encuentran en muestras reales. Nuestra técnica tiene la ventaja de ser extremadamente sensible espacial y químicamente, y los resultados son fáciles de interpretar ".

El equipo de investigación recurrió a la resonancia fototérmica inducida (PTIR), una técnica emergente de análisis de materiales químicamente específicos, y demostró que se puede utilizar para obtener imágenes de la respuesta de nanomateriales plasmónicos excitados por luz infrarroja (IR) con resolución a escala nanométrica.

El equipo utilizó PTIR para obtener imágenes de la energía absorbida en resonadores plasmónicos en forma de anillo. Los resonadores a nanoescala enfocan la luz IR entrante dentro de los espacios de los anillos para crear "puntos calientes" donde se mejora la absorción de luz. lo que hace que la identificación química sea más sensible. Por primera vez, los investigadores cuantificaron con precisión la absorción en los puntos calientes y demostraron que para las muestras bajo investigación, es aproximadamente 30 veces mayor que las áreas alejadas de los resonadores.

Los investigadores también demostraron que los materiales plasmónicos se pueden utilizar para aumentar la sensibilidad de la espectroscopia IR y PTIR para el análisis químico al mejorar la intensidad de la luz local. y por lo tanto, la señal espectroscópica.

Su trabajo demostró aún más la versatilidad de PTIR como una herramienta de medición que permite la medición simultánea de la forma de un nanomaterial. Talla, y composición química:las tres características que determinan las propiedades de un nanomaterial. A diferencia de muchos otros métodos para sondear materiales a nanoescala, PTIR no interfiere con el material investigado; no requiere que el investigador tenga conocimientos previos sobre las propiedades ópticas o la geometría del material; y devuelve datos que son más fáciles de interpretar que otras técnicas que requieren separar la respuesta de la muestra de la respuesta de la sonda.