Logran encender y apagar nanopartículas metálicas con ondas de luz

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El investigador de reciente contratación del Instituto de Física, Giuseppe Pirruccio, participa en un grupo que ha encontrado la manera de encender y apagar el efecto de antena en nanopartículas metálicas. Sus resultados se publicaron el 9 de marzo en la revista Physical Review Letters.

En colaboración con la empresa Philips Lighting, el grupo está compuesto por Piruccio, de la UNAM, y por investigadores del Instituto para la Física Atómica y Molecular (AMOLF) y del Instituto Holandes para la Investigación en Energía Fundamental (DIFFER), ambos de la Fundación para la Investigación Fundamental de la Materia (FOM) en Holanda, así como del Instituto COBRA, de la Universidad de Tecnología de Eindhoven, en Holanda.

“Las antenas que conocemos normalmente funcionan con ondas de radio o microondas, por ejemplo. Son longitudes de onda muy largas y por eso las antenas son macroscópicas y las podemos ver. Claramente, la luz tiene una longitud de onda más pequeña y por eso se necesitan antenas mucho más pequeñas”, explica Pirruccio a Noticias IFUNAM.

Cuando dice ‘mucho más pequeñas’, lo dice en serio: utilizaron nanopartículas metálicas de una millonésima de milímetro. Dado que los electrones de estas nanopartículas se mueven junto con la luz del entorno, pueden actuar como nanoantenas. Así como las antenas macroscópicas toman una señal, la intensifican y envían a cierta dirección, estas nanoantenas hacen exactamente lo mismo pero con luz.

En su arreglo experimental, propuesto por el investigador del Instituto de Física, colocaron una ‘cama’ de estas nanopartículas metálicas, añadieron moléculas fluorescentes que absorben la luz de una longitud de onda y emiten luz en otra longitud de onda. Finalmente, hicieron pasar un haz de luz a través de él para tratar de entender cómo se acoplan y cómo resulta la iluminación.

NanopartículasCada nanopartícula de metal tiene forma de nanopirámide, y cubren, miles de ellas y separadas a una distancia de 350 nanómetros, una superficie de medio centímetro. Se vuelven nanoantenas porque tienen una longitud comparable con la longitud de onda de la luz (entre 400 y 600 nanómetros). Crédito: Giuseppe Pirruccio, Mohammad Ramezani, Said Rahimzadeh-Kalaleh Rodríguez, J. Gómez Rivas.

En estudios anteriores ya habían sido reportados algunas limitaciones de estas nanoantenas: en particular que las nanoantenas absorben parcialmente la luz incidente, disipando energía que sería útil para excitar las moléculas en la cercanía.

“Es básicamente una pérdida, el sistema disipa energía que no debería disipar”, dice Pirruccio. Así que “en este trabajo, nosotros tratamos de solucionar este problema iluminando oportunamente el sistema”.

Iluminar oportunamente significa que en vez de lanzarle luz al arreglo por una sola dirección, se combinan diferentes ángulos y diferentes fases de iluminación. Este cambio de iluminación más compleja resultó en algo que no esperaban: se redujo casi al 0% la absorción de luz a una cierta longitud de onda, mientras que se mantuvo intacto el efecto antena a las frecuencias de emisión de luz de las moléculas. En pocas palabras: lo hicieron más eficiente.

“Con esto logramos que las antenas dejen de disipar la energía que no deberían disipar pero sin perder su calidad en emisión”, dice.

De alguna forma, este efecto les permite encender y apagar la nanoantena mediante la división de las ondas de luz entrantes. Si la cresta superior de una onda de luz coincide con el punto más bajo de la otra, la nanoantena deja de funcionar, mientras que las moléculas fluorescentes en sus proximidades todavía pueden adquirir energía.

La combinación de nanoantenas con moléculas tiene un futuro prometedor en el área de la iluminación de estado sólido. En el futuro este tipo de arreglos podría utilizarse en sensores médicos o de iluminación e incluso sustituir las ‘lámparas’ de nuestros teléfonos celulares y lograr sistemas tan diminutos como capaces de iluminar grandes superficies con una eficiencia nunca antes vista.

Link al artículo original:

“Coherent Control of the Optical Absorption in a Plasmonic Lattice Coupled to a Luminescent Layer”

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