Investigadores de la Universidad de Rice han descubierto una nueva forma de realizar mediciones de conductividad ultrasensibles a frecuencias ópticas en componentes electrónicos a nanoescala de alta velocidad.

La investigación en Rice's Laboratory for Nanophotonics (LANP) se describe en línea en un nuevo estudio en la revista de la American Chemical Society. ACS Nano . En una serie de experimentos, Los investigadores de LANP vincularon pares de nanodiscos metálicos en forma de disco con nanocables metálicos y mostraron cómo el flujo de corriente a frecuencias ópticas a través de los nanocables producía "plasmones de transferencia de carga" con firmas ópticas únicas.

"El impulso para aumentar continuamente la velocidad de los componentes del microchip tiene a los investigadores mirando dispositivos y componentes a nanoescala que operan a frecuencias ópticas para la electrónica de próxima generación, "dijo la directora de LANP, Naomi Halas, el científico principal del estudio. "No se sabe bien cómo funcionan estos materiales y componentes a frecuencias de luz extremadamente altas, y la nueva técnica de LANP proporciona una forma de medir las propiedades de transporte eléctrico de nanomateriales y estructuras a estas frecuencias extremadamente altas ".

Halas es profesor Stanley C.Moore de Rice de Ingeniería Eléctrica e Informática y profesor de química, bioingeniería, física y astronomía, y ciencia de materiales y nanoingeniería. Su laboratorio se especializa en el estudio de nanopartículas que interactúan con la luz. Por ejemplo, algunas nanopartículas metálicas convierten la luz en plasmones, ondas de electrones que fluyen como un fluido a través de la superficie de la partícula. En docenas de estudios durante las últimas dos décadas, Los investigadores de LANP han explorado la física básica de los plasmónicos y han demostrado cómo las interacciones plasmónicas se pueden aprovechar para aplicaciones tan diversas como diagnósticos médicos, tratamiento para el cáncer, captación de energía solar y computación óptica.

Un tipo de interacción plasmónica que el equipo de Halas ha estudiado durante mucho tiempo es el acoplamiento plasmónico, una especie de danza interactiva en la que participan los plasmones cuando dos o más partículas plasmónicas se encuentran cerca una de la otra. Por ejemplo, cuando dos nanodiscos plasmónicos en forma de disco están ubicados uno cerca del otro, actúan como un pequeño, condensador activado por luz. Cuando se usa un cable conductor para unir los dos, sus energías de plasmón cambian y una nueva resonancia llamada plasmón de "transferencia de carga", aparece con una frecuencia distinta.

En la nueva investigación, el autor principal del estudio, Fangfang Wen, un estudiante graduado de Rice en LANP, examinó las propiedades ópticas de pares de nanodiscos puenteados. Cuando creó plasmones en los pares, observó la carga fluyendo hacia adelante y hacia atrás a lo largo de los cables a frecuencias ópticas. Al examinar los plasmones de transferencia de carga en estos pares, descubrió que la corriente eléctrica que fluía a través de la unión introducía una firma óptica característica.

"En el caso de que hubiera un cable conductor en la unión, vimos una firma óptica que era muy diferente al caso sin cable, "Wen dijo. Wen luego estableció una serie de experimentos en los que varió el ancho y la forma de los nanocables puente y repitió estas medidas para nanocables de dos metales diferentes, oro y aluminio.

Estos experimentos revelaron dos hallazgos clave. Primero, en el extremo inferior de la escala de conductancia, descubrió que incluso los cambios más leves en la conductividad producían cambios ópticos notables, un hallazgo que podría ser particularmente interesante para los investigadores de electrónica molecular que estén interesados ​​en medir la conductividad en estructuras tan pequeñas como una sola molécula.

"También descubrimos que nuestra plataforma proporcionaba una firma óptica diferente en los casos en que el nivel de conductancia era el mismo pero el material de unión era diferente". ", Dijo Wen." Si tuviéramos nanocables con la misma conductancia que estuvieran hechos de diferentes materiales, vimos una firma óptica diferente. Si usamos el mismo material, con diferentes geometrías, vimos la misma firma ".

Esta especificidad y repetibilidad también podrían ser útiles para los investigadores que deseen utilizar este enfoque para identificar la conductancia de los nanocables. u otros componentes electrónicos a nanoescala, a frecuencias ópticas. "Se desconoce la conductancia de frecuencia óptica de la mayoría de los materiales, ", dijo." Esto proporciona un método útil y práctico para medir esta propiedad.

"Para reducir el tamaño de la electrónica incluso más allá de los límites actuales, los científicos quieren estudiar la transferencia de electrones a través de una sola molécula, particularmente en extremadamente alto, incluso frecuencias ópticas, ", Dijo Wen." Tales cambios no se pueden medir utilizando dispositivos electrónicos estándar o instrumentos que operan en frecuencias de microondas. Nuestra investigación proporciona una nueva plataforma para la medición de la conductancia a nanoescala en frecuencias ópticas ".

En reconocimiento del potencial de la investigación para mejorar "la vida de las personas a través del poder transformador de la química, "La Sociedad Química Estadounidense convirtió el artículo en una Elección de los Editores de la ACS y lo pone a disposición del público en línea de forma gratuita.