Los científicos de la Universidad de Rice han descubierto cómo cambiar sutilmente la estructura interior de nanobarras semihuecas de una manera que altera la forma en que interactúan con la luz. y porque los cambios son reversibles, el método podría formar la base de un interruptor a nanoescala con un potencial enorme.

"No es 0-1, es 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10, "dijo la científica de materiales de Rice, Emilie Ringe, científico principal del proyecto, que se detalla en la revista American Chemical Society Nano letras . "Puedes diferenciar entre múltiples estados plasmónicos en una sola partícula. Eso te da una especie de versión analógica de los estados cuánticos, pero en un mayor, escala más accesible ".

Ringe y sus colegas utilizaron un haz de electrones para mover la plata de un lugar a otro dentro de nanopartículas de oro y plata. algo así como un Etch A Sketch a nanoescala. El resultado es un interruptor óptico reconfigurable que puede formar la base para un nuevo tipo de memoria de computadora de múltiples estados, sensor o catalizador.

Aproximadamente 200 nanómetros de largo, 500 de las varillas de metal colocadas de un extremo a otro abarcarían el ancho de un cabello humano. Sin embargo, son grandes en comparación con los circuitos integrados modernos. Sus capacidades multiestado los hacen más parecidos a códigos de barras reprogramables que a simples bits de memoria, ella dijo.

"Nadie ha podido cambiar de forma reversible la forma de una sola partícula con el nivel de control que tenemos, así que estamos muy entusiasmados con esto "Dijo Ringe.

La alteración de la estructura interna de una nanopartícula también altera su respuesta plasmónica externa. Los plasmones son las ondas eléctricas que se propagan a través de la superficie de los materiales metálicos cuando se excitan con la luz. y sus oscilaciones se pueden leer fácilmente con un espectrómetro, o incluso con el ojo humano, mientras interactúan con la luz visible.

Los investigadores de Rice descubrieron que podían reconfigurar núcleos de nanopartículas con precisión milimétrica. Eso significa que los recuerdos hechos de nanobarras no necesitan ser simplemente on-off, Ringe dijo:porque una partícula puede programarse para emitir muchos patrones plasmónicos distintos.

El descubrimiento se produjo cuando Ringe y su equipo, que gestiona el laboratorio avanzado de microscopía electrónica de Rice, le preguntaron su colega y coautor Denis Boudreau, profesor de la Universidad Laval de Quebec, para caracterizar nanobarras huecas hechas principalmente de oro pero que contienen plata.

"La mayoría de las nanocapas tienen fugas, "Dijo Ringe." Tienen agujeros. Pero nos dimos cuenta de que estas nanobarras no tenían defectos y contenían bolsas de agua que quedaron atrapadas en su interior cuando se sintetizaron las partículas. Pensamos:tenemos algo aquí ".

Ringe y el autor principal del estudio, Sadegh Yazdi, científico investigador del arroz, rápidamente se dio cuenta de cómo podían manipular el agua. "Obviamente, es difícil hacer química ahí, porque no se pueden poner moléculas en una nanocapa sellada. Pero podríamos poner electrones " ella dijo.

Al enfocar un haz de electrones subnanométrico en la cavidad interior, se divide el agua y se insertan electrones solvatados, electrones libres que pueden existir en una solución. "Los electrones reaccionaron directamente con los iones de plata en el agua, atrayéndolos a la viga para formar plata, "Dijo Ringe. El líquido ahora pobre en plata se alejó del rayo, y sus iones de plata se reponían mediante una reacción de los subproductos de la disociación del agua con la plata sólida en otras partes de la varilla.

"De hecho, estábamos moviendo plata en la solución, reconfigurarlo, ", dijo." Debido a que es un sistema cerrado, no estábamos perdiendo nada y no estábamos ganando nada. Solo lo estábamos moviendo y podíamos hacerlo tantas veces como quisiéramos ".

Luego, los investigadores pudieron mapear las propiedades de campo cercano inducidas por el plasmón sin alterar la estructura interna, y fue entonces cuando se dieron cuenta de las implicaciones de su descubrimiento.

"Hicimos diferentes formas dentro de las nanovarillas, y porque somos especialistas en plasmónicos, mapeamos los plasmones y resultó tener un efecto muy agradable, ", Dijo Ringe." Básicamente vimos diferentes distribuciones de campos eléctricos a diferentes energías para diferentes formas ". Los resultados numéricos proporcionados por los colaboradores Nicolas Large de la Universidad de Texas en San Antonio y George Schatz de la Universidad Northwestern ayudaron a explicar el origen de los modos y cómo la presencia de un bolsillo lleno de agua creó una multitud de plasmones, ella dijo.

El próximo desafío es probar nanocapas de otras formas y tamaños, y para ver si hay otras formas de activar sus potenciales de conmutación. Ringe sospecha que los haces de electrones pueden seguir siendo la mejor y quizás la única forma de catalizar reacciones dentro de las partículas. y ella tiene esperanzas.

"El uso de un haz de electrones en realidad no es tan tecnológicamente irrelevante como podría pensar, ", dijo." Los haces de electrones son muy fáciles de generar. Y si, las cosas deben estar en el vacío, pero aparte de eso, la gente ha generado haces de electrones durante casi 100 años. Estoy seguro de que hace 40 años la gente decía:¿Vas a poner un láser en un lector de discos? ¡Eso es una locura! Pero lo lograron.

"No creo que sea inviable miniaturizar la tecnología de haz de electrones. Los seres humanos somos buenos para mover electrones y electricidad. Nos dimos cuenta de eso hace mucho tiempo, "Dijo Ringe.

La investigación debería despertar la imaginación de los científicos que trabajan para crear máquinas y procesos a nanoescala, ella dijo.

"Esta es una unidad reconfigurable a la que puedes acceder con luz, ", dijo." Leer algo con luz es mucho más rápido que leer con electrones, así que creo que esto va a llamar la atención de personas que piensan en sistemas dinámicos y de personas que piensan en cómo ir más allá de la nanotecnología actual. Esto realmente abre un nuevo campo ".