Investigadores de la Universidad de California en San Diego han desarrollado un diseño novedoso para un compacto, nanosensor ultrasensible que se puede utilizar para fabricar dispositivos portátiles de control de la salud y para detectar cantidades diminutas de toxinas y explosivos para aplicaciones de seguridad.

El estudio aborda uno de los principales desafíos del diseño de nanosensores:cómo aumentar la sensibilidad y reducir el tamaño.

El diseño de nanosensores presentado en este estudio combina nanopartículas plasmónicas tridimensionales con singularidades llamadas puntos excepcionales, una combinación que se está demostrando por primera vez. "La nueva física implementada aquí podría potencialmente superar las tecnologías plasmónicas actualmente en uso para la detección, "dijo Boubacar Kanté, profesor de ingeniería eléctrica en la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego y autor principal del estudio. Kanté y su equipo publicaron su novedoso diseño el 8 de noviembre en línea en la sección de comunicación rápida de la revista. Revisión física B .

Singularidades, como puntos excepcionales, son fundamentales en física debido a su asombrosa capacidad para inducir una gran respuesta a partir de una pequeña excitación, Kanté explicó. Las singularidades ocurren cuando una cantidad es indefinida o infinita, como la densidad en el centro del agujero negro, por ejemplo. Los puntos excepcionales ocurren cuando dos ondas se degeneran, lo que significa que tanto sus frecuencias de resonancia como su estructura espacial se fusionan en una.

"Se han buscado mucho puntos excepcionales para sensores e interacciones mejoradas entre luz y materia, "dijo Ashok Kodigala, estudiante de doctorado en el laboratorio de Kanté y primer autor del estudio. "La posibilidad de demostrar puntos excepcionales en sistemas que son simultáneamente de sub-longitud de onda y compatibles con pequeñas moléculas biológicas para la detección ha sido difícil de alcanzar, hasta ahora".

Los nanosensores funcionan según un fenómeno llamado división de frecuencia, lo que significa que la presencia de una sustancia perturba la degeneración entre dos frecuencias de resonancia y provoca una división detectable. En un nanosensor excepcional basado en puntos, Las frecuencias de resonancia se dividirían mucho más rápido que en los nanosensores tradicionales, dando lugar a capacidades de detección mejoradas.

Combinando puntos excepcionales y plasmónicos, Los investigadores formularon un diseño para un nanosensor que es a la vez compacto y ultrasensible.

"Creíamos que diseñar un nanosensor de este tipo no solo requiere una mejora gradual de los dispositivos existentes, pero un gran avance conceptual. Es por eso que elegimos enfocarnos en nanosensores basados ​​en puntos excepcionales, "Dijo Kodigala.

En este estudio, Los investigadores propusieron lo que Kodigala llama "una receta general para obtener puntos excepcionales bajo demanda". El método implica controlar la interacción entre modos compatibles con la simetría del sistema plasmónico.

El diseño de nanosensores solo se ha demostrado computacionalmente hasta ahora. El equipo está trabajando para integrar los nanosensores basados ​​en puntos excepcionales en un chip.

"Una vez que optimicemos algunos de los principales parámetros de este sistema para minimizar las pérdidas óhmicas y radiativas, podemos comenzar a hacer la transición de esta investigación de la etapa teórica a un producto comercialmente relevante, "Dijo Kanté. El equipo ha presentado una patente sobre la tecnología.