Los investigadores de la Universidad de Rice han sintetizado y aislado nanopartículas de magnesio plasmónico que muestran toda la promesa de su oro. primos de plata y aluminio sin ninguno de los inconvenientes.

El laboratorio de Rice de la científica de materiales Emilie Ringe produjo las partículas para probar su capacidad de emitir plasmones, las fantasmales bandas de electrones que, cuando se activa por energía del exterior, ondulación a través de la superficie de ciertos metales.

La investigación aparece en la revista American Chemical Society Nano letras .

Los materiales plasmónicos son valiosos porque pueden concentrar la luz y exprimir su poder en volúmenes a nanoescala, una propiedad útil para sensores químicos y biológicos. También se pueden utilizar como fotocatalizadores y para aplicaciones médicas en las que pueden, por ejemplo, se dirigen a las células cancerosas y se activan para emitir calor para destruirlas.

Pero el oro y la plata son caros. "Simplemente no son asequibles si intentas hacer cosas baratas a gran escala, como catálisis industrial, "dijo Ringe, profesor asistente de ciencia de materiales y nanoingeniería y de química en Rice.

"Estamos muy entusiasmados con el aluminio, porque es uno de los únicos materiales plasmónicos abundantes en la Tierra, pero tiene un defecto crítico, ", dijo." Sus propiedades intrínsecas significan que es un buen plasmónico en el rango ultravioleta, pero no tan bueno en el visible y pobre en el infrarrojo. Eso no es tan bueno como para querer hacer fotocatálisis con el sol ".

Esas limitaciones prepararon el escenario para la investigación del laboratorio Ringe sobre el magnesio también abundante. "Puede resonar a través del infrarrojo, rangos visibles y ultravioleta, ", dijo." La gente ha estado hablando de eso, pero nadie ha sido capaz de hacer y observar las propiedades ópticas de los monocristales de magnesio ".

Los intentos de otros laboratorios para fabricar estructuras de magnesio resultaron difíciles y produjeron nanopartículas con poca cristalinidad. entonces Ringe y los coautores John Biggins de la Universidad de Cambridge, Inglaterra, y el becario postdoctoral de Rice, Sadegh Yazdi, combinaron sus talentos en química, espectroscopia y teoría para sintetizar nanocristales en líquido y analizarlos con el potente microscopio electrónico de Rice.

Lo que produjeron fueron cristales a nanoescala que reflejaban perfectamente la naturaleza hexagonal de su red subyacente. "Esto nos da una oportunidad, "ella dijo." Silver, oro y aluminio, todos los metales con los que estamos acostumbrados a trabajar a nanoescala, son materiales cúbicos centrados en las caras. Puede hacer cubos y varillas y cosas que tengan la simetría de la estructura subyacente.

"Pero el magnesio tiene una red hexagonal, "Dijo Ringe." Los átomos están empaquetados de manera diferente, por lo que podemos hacer formas que físicamente no podemos hacer con un metal cúbico centrado en la cara. Estamos realmente entusiasmados con las posibilidades porque significa que podemos crear nuevas formas, o al menos formas que no son típicas de las nanopartículas. Y las nuevas formas significan nuevas propiedades ".

Las partículas demostraron ser inesperadamente robustas, ella dijo. El laboratorio comenzó mezclando un precursor de magnesio con litio y naftaleno, creando un poderoso radical libre que podría reducir un precursor organometálico del magnesio al magnesio metálico. Las partículas resultantes eran placas hexagonales que variaban en tamaño de 100 a 300 nanómetros con un espesor de entre 30 y 60 nanómetros.

Como magnesio a granel, descubrieron que se formaba una capa de óxido autolimitante alrededor del magnesio que lo protegía de una mayor oxidación sin cambiar las propiedades plasmónicas del material. Eso ayudó a preservar la forma característica de las partículas, que se mantuvo estable incluso tres meses después de la síntesis y varias semanas en el aire, Dijo Ringe.

"Es formidablemente estable al aire, ", dijo." Al principio, tomamos todas las precauciones que pudimos, utilizando una guantera para cada transferencia de muestra, y al final del día decidimos dejar una muestra en el aire, solo para ver. Lo probamos después de dos semanas, y seguía siendo el mismo.

"Lo intentamos un poco tarde, para ser sincero, "Dijo Ringe." ¡Podríamos haber ahorrado tiempo si hubiéramos empezado con eso! "

El siguiente paso será mejorar las partículas con moléculas de unión que les ayudarán a cambiar sus formas, que también sintoniza su respuesta plasmónica. Espera que le lleve otro año de trabajo.

"El punto clave es que esta va a ser una herramienta en la caja de herramientas de plasmónica que puede hacer cosas que ninguno de los otros metales puede hacer, ", Dijo Ringe." Ningún otro metal es barato y puede resonar en todo el espectro. Y se puede hacer esencialmente, en un vaso de precipitados ".