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(Foco Nanowerk) Las nanopartículas plasmónicas han despertado un interés considerable debido a sus propiedades ópticas únicas y su uso cada vez mayor en aplicaciones comerciales que van desde sensores hasta optoelectrónica. La geometría y la disposición de estas pequeñas estructuras determinan la fuerza y la frecuencia de las resonancias de plasmones superficiales localizadas: la forma en que concentran y amplifican la luz. Por lo tanto, controlar estos aspectos es crucial para lograr un rendimiento optimizado y repetible.
La mayor parte de la investigación se ha centrado en configuraciones planas creadas utilizando técnicas con capacidades 3D limitadas. Sin embargo, trabajos recientes muestran las inmensas posibilidades de las nanopartículas 3D sintonizables. La manipulación simultánea de plasmones a lo largo de ejes verticales y horizontales puede mejorar los puntos críticos plasmónicos y permitir dispositivos no realizados anteriormente. Sin embargo, producir de forma fiable nanopartículas 3D complejas ha resultado ser un gran desafío para los métodos existentes.
Ahora, investigadores de la Universidad Tecnológica de Graz han demostrado que una técnica flexible llamada Deposición Inducida por Haz de Electrones Focalizados (FEBID) puede imprimir directamente en 3D nanoestructuras de oro con respuestas plasmónicas predecibles y personalizables. A diferencia de la fabricación plana, el proceso aditivo FEBID funciona en casi cualquier sustrato o geometría de superficie. Esta capacidad única promete una amplia aplicabilidad desde la espectroscopia avanzada hasta la óptica cuántica.
Sus resultados fueron publicados en Materiales funcionales avanzados (“Ajuste espectral de la actividad plasmónica en nanoestructuras 3D mediante nanoimpresión de alta precisión”).
![Fabricación, purificación y posibilidades 3D de nanoestructuras plasmónicas.](https://www.nanowerk.com/spotlight/id64093_1.jpg)
Después de imprimir y limpiar nanocables simples, el equipo combinó la microscopía electrónica de transmisión de barrido con la espectroscopia de pérdida de energía electrónica (STEM-EELS). Esta técnica visualiza la actividad plasmónica en las nanoestructuras y verifica una fuerte mejora en ubicaciones específicas determinadas por la geometría. La simulación de los nanocables con dimensiones adaptadas coincidió en gran medida con los experimentos y confirmó la predecible sintonización.
A continuación, los investigadores imprimieron complejas antenas 3D con una altura de más de 1 µm y radios coronados de aproximadamente 10 nm, las más pequeñas realizadas de forma controlable hasta la fecha. A pesar de la complicada forma, las simulaciones coincidieron nuevamente con los experimentos. Al ajustar modelos sistemáticamente, la intensidad máxima, la frecuencia y la densidad de los diferentes modos de plasmón cambian de manera adecuada. Esta es una prueba más de una previsibilidad fiable y de una sintonizabilidad espectral.
Por ejemplo, cuando las antenas se hacen más grandes, ciertas resonancias se desplazan al rojo y se amplifican. Las antenas más cortas producen menos picos de plasmón por rango de longitud de onda, mientras que las antenas más largas se ajustan más a una banda deseada. Estas relaciones determinan dónde y con qué energías se produce la concentración de la luz.
Con esta capacidad comprobada de presimulación, diseñar nanoestructuras arbitrarias con propiedades ópticas específicas de la aplicación se vuelve fácil y eficiente. En lugar de una extensa prueba y error, el enfoque guiado reduce la experimentación a una verificación enfocada. La flexibilidad de la nanoimpresión 3D también permite la colocación de elementos plasmónicos sintonizados en componentes de dispositivos terminados, como sensores.
En comparación con trabajos anteriores, estos hallazgos permiten una ingeniería precisa en modo vertical y lateral en geometrías complejas. Las interacciones acopladas entre conjuntos de nanopartículas 3D (que ahora se pueden producir bajo demanda) podrían confinar mejor la luz más allá del límite de difracción o mejorar los emisores cuánticos. Podrían surgir aplicaciones adicionales a medida que más investigaciones aprovechen esta nueva libertad para desarrollar arquitecturas de nanoplasmones 3D ajustables.
De
Miguel
Berger
– Michael es autor de tres libros de la Royal Society of Chemistry: Nano-Society: Pushing the Boundaries of Technology, Nanotechnology: The Future is Tiny y Nanoengineering: The Skills and Tools Making Technology Invisible Copyright ©
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