Самоорганизация "нанокубиков" в световые антенны и линзы

В Калифорнийском университете в Сан-Диего (США) создана технология, которая позволяет металлическим нанокристаллам самопроизвольно организовываться в более крупные и сложные материалы для постройки антенн и линз.

Металлические нанокристаллы, обладающие кубической формой, подобно кирпичикам или тетрис-блокам, спонтанно самоорганизуются в структуры более крупного масштаба с точной взаимной ориентацией. Узнать об этом «из первых рук» можно в журнале Nature Nanotechnology.



Калифорнийские учёные представили технологию, позволяющую серебряным нанокубикам самоорганизовываться в более масштабные конструкции — антенны и линзы. (Фото Tao Research Group / UCSD).

Рассматриваемое исследование имеет отношение к наноплазмонике, оперирующей материалами, которые способны манипулировать светом, используя структуры меньше длины волны света. Так, использовавшиеся здесь нанокубики были менее 0,1 мкм.

Точная ориентация конструкций — наиболее важный фактор для того, чтобы кубики могли задерживать свет (в случае наноразмерных антенн) или фокусировать его (в случае наноразмерных линз) при разных длинах волн падающего света.

Подобные исследования представляют наибольшую ценность для оптической химии, биосенсоров, где свет взаимодействует с молекулами, и в оптических схемах, использующих свет для передачи информации.

Для построения объектов, подобных антеннам и линзам, группа Андреа Тао применяет металлические нанокристаллы разнообразных геометрических форм, позволяющих выстраивать желаемые более масштабные структуры. В рассматриваемой работе г-жа Тао и её группа имели дело с кубиками, состоящими из кристаллического серебра, которое способно захватывать свет при организации в мультичастичные компоновки.

Захват света ультрамалым объёмом позволит создать экстремально чувствительные оптические сенсоры, и это даст исследователям возможность отслеживать то, как движутся, реагируют и изменяются во времени отдельные молекулы.

Для установления контроля над организацией нанокубиков учёные разработали метод, заключающийся в нанесении на поверхность кубиков полимерных цепей для направленной модификации и взаимодействия друг с другом. Обычно, когда объекты, подобные кубикам, собираются один за другим в стопки, они стремятся упаковываться сторона к стороне, подобно тетрис-блокам. Проведя компьютерное моделирование, авторы работы предположили, что нанесение коротких полимерных цепей на поверхность кубиков позволит им укладываться в нормальном режиме сторона к стороне, в то время как нанесение длинных полимерных цепей приведёт к сборке встык (кромка к кромке).

Для демонстрации возможностей своей нанотехнологии учёные создали из нанокубиков с разными вариантами ориентации звеньев микроскопические плёнки, показав, что последние пропускают и отражают разные длины волн света.

Источник