La nanoplásmica, el estudio de la manipulación de la luz a escala nanométrica, ha contribuido a la producción de nuevos dispositivos para la detección química y biológica. procesamiento de señales y energía solar. Sin embargo, Los componentes a escalas tan pequeñas experimentan efectos extraños que la electrodinámica clásica no puede explicar. Un desafío particular para los teóricos radica en aislar los llamados efectos 'no locales', por lo que las propiedades ópticas de una partícula no son constantes sino que dependen de los campos electromagnéticos cercanos.

Ahora, Joel Yang y sus colegas del Instituto A * STAR de Investigación e Ingeniería de Materiales en Singapur, con compañeros de trabajo en el Reino Unido y China, han utilizado simulaciones y experimentos para investigar los efectos no locales que muestran los electrones en nanoestructuras metálicas.

El equipo desarrolló simulaciones tridimensionales de espectros de espectroscopía de pérdida de energía de electrones (EELS). EELS es una poderosa técnica de laboratorio que puede proporcionar información sobre geometrías de nanoestructuras, pero también da lugar a efectos no locales. Se utiliza un dispositivo EELS para disparar electrones energéticos a una nanoestructura metálica y luego medir cuánta energía pierden los electrones cuando excitan las resonancias de plasmón en la muestra. Previamente, A los experimentadores les había resultado difícil interpretar correctamente los espectros de EELS porque los efectos no locales no se consideran en la teoría actual:las soluciones relevantes de las ecuaciones de campo de Maxwell.

Yang y sus colaboradores presentan la primera solución tridimensional completa de las ecuaciones de Maxwell para una muestra que está probando una fuente EELS. "Nuestra configuración teórica imita la configuración experimental y las ecuaciones fueron, por primera vez, implementado y resuelto mediante software comercial, "dice Yang.

Los investigadores aplicaron su teoría a los nanoprismas de oro triangulares y concluyeron que se producen efectos no locales significativos cuando la longitud lateral de los prismas es menor de 10 a 50 nanómetros. provocando una dispersión espacial de campos electromagnéticos. Luego examinaron los resultados reales de EELS para nanoestructuras de oro 'pajarita':cada pajarita de oro se creó uniendo dos nanoprismas en sus picos utilizando puentes de oro tan estrechos como 1,6 nanómetros (ver imagen).

Las pajaritas reales exhibieron una dispersión de campo espacial similar a la anticipada para prismas individuales, pero con una conducción de alta frecuencia muy reducida en los estrechos puentes conectivos. Los investigadores especulan que la reducción del campo es causada por dos factores no incluidos en su modelo:el confinamiento cuántico en los puentes estrechos y la dispersión de electrones desde los límites de los granos. Estos factores ayudan a explicar la interacción entre la no localidad y la geometría.

"Los modelos existentes tienden a tratar los metales como si tuvieran propiedades ópticas homogéneas, ", dice Yang." Nuestros resultados sugieren que a nanoescala debemos tener en cuenta el confinamiento cuántico y la granularidad ".