Alinear nanopartículas de oro en trincheras estrechas talladas en un sustrato de oro ha permitido a los investigadores de A * STAR mejorar en gran medida un efecto óptico que duplica la frecuencia de incidencia de la luz1. Este enfoque podría ayudar a producir dispositivos "en chip" en miniatura que conviertan la frecuencia de la luz.

Nanopartículas de metales, como el oro, actúan como antenas en miniatura para la luz, concentrando el campo electromagnético de la luz incidente. Esta intensificación de campo podría aprovecharse para potenciar los efectos ópticos no lineales, que ocurren solo en campos muy fuertes.

Uno de esos efectos no lineales es la generación de segundo armónico (SHG), en el que dos fotones entrantes con la misma frecuencia se combinan para formar un fotón con el doble de frecuencia. Consideraciones de simetría, sin embargo, evitar que los GAA se produzcan dentro de una estructura dorada; solo puede ocurrir en una superficie dorada. Esta limitación ha obstaculizado previamente el uso de nanopartículas de oro para SHG.

Ahora, Joel Yang y Zhaogang Dong del Instituto A * STAR de Investigación e Ingeniería de Materiales y sus colaboradores han resuelto este problema mediante la producción de estructuras de oro en las que nanopartículas de oro de aproximadamente 8 nanómetros de diámetro recubiertas con un compuesto orgánico se comprimen en 12 nanómetros. amplias trincheras. Esto crea espacios de aproximadamente dos nanómetros de ancho a cada lado de las nanopartículas (ver imagen). Estos pequeños huecos tienen una doble función:tanto el aumento de la mejora del campo de las nanopartículas como el aumento de la interacción de la luz con la superficie del oro.

La mejora es impresionante. La combinación de estos dos efectos aumenta los SHG en más de 4, 000 veces en comparación con cuando las mismas nanopartículas de oro se empaquetan sobre un sustrato de oro plano. "Esta mejora en SHG es una de las más altas jamás reportadas, "señala Yang.

El equipo produce las estructuras en dos etapas; utilizaron un proceso de litografía "de arriba hacia abajo" para crear las trincheras y luego el autoensamblaje "de abajo hacia arriba" para dejar caer las nanopartículas en las trincheras. En tono rimbombante, ambos procesos son escalables, de modo que las estructuras podrían potencialmente fabricarse a una escala comercialmente viable.

Si bien los cristales no lineales convencionales que realizan SHG en sus interiores todavía tienen mayores eficiencias de conversión, el pequeño tamaño de las nanoestructuras las hace muy atractivas para realizar SHG a escalas muy pequeñas, incluidos los dispositivos que se pueden integrar en chips. Yang señala que hay mucho margen para la optimización. "Hay mucho margen de mejora, especialmente para lograr SHG en un formato miniaturizado, " él dice.

Los investigadores están explorando el uso de otros materiales para lograr mejoras de SHG aún mayores. También están estableciendo contactos con una empresa con sede en Singapur con miras a comercializar la técnica en el futuro.