Controlar las interacciones entre la luz y la materia ha sido una ambición de larga data para los científicos que buscan desarrollar y promover numerosas tecnologías que son fundamentales para la sociedad. Con el boom de la nanotecnología en los últimos años, la manipulación de la luz a nanoescala se ha convertido en ambas cosas, un camino prometedor para continuar este avance, así como un desafío único debido a los nuevos comportamientos que aparecen cuando las dimensiones de las estructuras se vuelven comparables a la longitud de onda de la luz.

Los científicos del Grupo de Nanofotónica Teórica del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Nuevo México han realizado un nuevo y emocionante avance con este fin, en un esfuerzo de investigación pionero titulado "Análisis de los límites del campo cercano producido por matrices de nanopartículas, "publicado recientemente en la revista, ACS Nano , una revista líder en el campo de la nanotecnología. El grupo, dirigido por el profesor adjunto Alejandro Manjavacas, estudiaron cómo se puede manipular la respuesta óptica de matrices periódicas de nanoestructuras metálicas para producir fuertes campos eléctricos en su vecindad.

Las matrices que estudiaron están compuestas por nanopartículas de plata, diminutas esferas de plata que son cientos de veces más pequeñas que el grosor de un cabello humano, colocado en un patrón repetido, aunque sus resultados también se aplican a nanoestructuras hechas de otros materiales. Debido a las fuertes interacciones entre cada una de las nanoesferas, estos sistemas se pueden utilizar para diferentes aplicaciones, que van desde vívidos, Impresión en color de alta resolución para biosensores que podría revolucionar la atención médica.

"Este nuevo trabajo ayudará a avanzar en las muchas aplicaciones de los arreglos de nanoestructura al proporcionar información fundamental sobre su comportamiento, ", dice Manjavacas." Las mejoras de campo cercano que predecimos podrían cambiar las reglas del juego para tecnologías como la biodetección ultrasensible ".

Manjavacas y su equipo, compuesta por Lauren Zundel y Stephen Sanders, ambos estudiantes de posgrado en el Departamento de Física y Astronomía, modeló la respuesta óptica de estos arreglos, encontrando nuevos y emocionantes resultados. Cuando las matrices periódicas de nanoestructuras se iluminan con luz, cada una de las partículas produce una fuerte respuesta, cuales, Sucesivamente, da lugar a enormes comportamientos colectivos si todas las partículas pueden interactuar entre sí. Esto sucede en ciertas longitudes de onda de luz incidente, que están determinados por el espaciado entre partículas de la matriz, y puede resultar en campos eléctricos que son miles, o incluso decenas de miles, muchas veces el de la luz brillaba en la matriz.

La fuerza de esta mejora de campo depende de las propiedades geométricas de la matriz, como el espacio entre las nanoesferas, así como el tamaño de las esferas mismas. Completamente contradictorio, Manjavacas y su grupo encontraron que al disminuir la densidad de nanopartículas en la matriz, ya sea aumentando el espacio entre cada uno de ellos, o disminuyendo su tamaño, produce mejoras de campo que no solo son más grandes, pero se extienden más lejos de la matriz.

"Fue realmente emocionante descubrir que la clave de estas enormes mejoras de campo radica en hacer que las partículas sean más pequeñas y estén más separadas". "dice Zundel del descubrimiento.

"La razón de esto es que las interacciones entre las nanopartículas, y así la respuesta colectiva, se fortalece, "según Sanders.