Los investigadores de fotónica de la Universidad de Rice han presentado un nuevo amplificador de nanopartículas que puede generar luz infrarroja y aumentar la salida de una luz al capturar y convertir la energía de una segunda luz.
La innovación, la última del Laboratorio de Rice para Nanofotónica LANP, se describe en línea en un artículo en la revista American Chemical Society Nano letras . El dispositivo funciona de manera muy similar a un láser, pero aunque los láseres tienen una frecuencia de salida fija, la salida del "amplificador paramétrico óptico" OPA de nanoescala de Rice se puede sintonizar en un rango de frecuencias que incluye una parte del espectro infrarrojo.
"Las fuentes de luz infrarrojas sintonizables de OPA hoy cuestan alrededor de $ 100,000 y ocupan una buena cantidad de espacio en una mesa o banco de laboratorio", dijo el autor principal del estudio, Yu Zhang, un ex estudiante graduado de Rice en LANP ". Lo que hemos demostrado, en principio, es una nanopartícula única que cumple la misma función y tiene aproximadamente 400 nanómetros de diámetro ".
En comparación, eso es aproximadamente 15 veces más pequeño que un glóbulo rojo, y Zhang dijo que reducir una fuente de luz infrarroja a una escala tan pequeña podría abrir puertas a nuevos tipos de sensores químicos e imágenes moleculares que no son posibles con el estado actual-espectroscopía infrarroja a nanoescala de última generación.
Zhang, quien obtuvo su doctorado de Rice en 2014 y hoy trabaja en Lam Research en Fremont, California, dijo que la amplificación paramétrica se ha utilizado durante décadas en microelectrónica. Implica dos señales de entrada, una débil y otra fuerte,y dos salidas correspondientes. Las salidas también son fuertes y débiles, pero la energía de la entrada más potente, conocida como "bomba", se utiliza para amplificar la "señal" entrante débil y hacer que sea la salida más potente.salida de baja potencia, conocida como la "marcha lenta", contiene una fracción residual de la energía de la bomba.
"Los amplificadores paramétricos ópticos operan con luz en lugar de electricidad", dijo la directora de LANP, Naomi Halas, científica principal del nuevo estudio y directora del Instituto Smalley-Curl de Rice. "En las OPA, una fuerte bomba de luz amplifica dramáticamente un débil"señal 'seed' y genera una luz de ralentí al mismo tiempo. En nuestro caso, las frecuencias de la bomba y la señal son visibles y el ralentí es infrarrojo ".
Si bien el láser de la bomba en el dispositivo de Rice tiene una longitud de onda fija, tanto la señal como las frecuencias inactivas son ajustables.
"La gente ha demostrado previamente láseres infrarrojos a nanoescala, pero creemos que esta es la primera fuente de luz infrarroja a escala nanométrica sintonizable", dijo Halas.
El avance es el último para el laboratorio de Halas, el brazo de investigación del Instituto Smalley-Curl de Rice que se especializa en el estudio de nanopartículas activadas por la luz. Por ejemplo, algunas nanopartículas metálicas convierten la luz en plasmones, ondas de electrones que fluyen como unfluido a través de la superficie de una partícula. En docenas de estudios en las últimas dos décadas, los investigadores de LANP han explorado la física básica de la plasmónica y han demostrado que las interacciones plasmónicas se pueden aprovechar para aplicaciones tan diversas como diagnósticos médicos, tratamiento del cáncer, recolección de energía solar y óptica.informática.
Una de las especialidades de LANP es el diseño de nanopartículas plasmónicas multifuncionales que interactúan con la luz de más de una manera. Zhang dijo que el proyecto OPA a nanoescala requería que el equipo de LANP creara una sola partícula que pudiera resonar simultáneamente con tres frecuencias de luz.
"Hay ineficiencias intrínsecas en el proceso de OPA, pero pudimos compensarlas diseñando un plasmón de superficie con resonancias triples en la bomba, la señal y las frecuencias inactivas", dijo Zhang. "La estrategia nos permitió demostrar sintonizableemisión en un rango de frecuencias infrarrojas: un importante paso potencial para un mayor desarrollo de la tecnología "
Zhang dijo que el ex investigador postdoctoral de física de Rice, Alejandro Manjavacas, ahora en la Universidad de Nuevo México, realizó los cálculos necesarios para diseñar la nanopartícula de triple resonancia.
Halas dijo que el proyecto también mostró la fuerza multidisciplinaria de LANP. "En nanofotónica, la investigación aplicada y fundamental van de la mano porque una comprensión profunda de la física fundamental es lo que nos permite optimizar el diseño de partículas. Es por eso que una de las misiones principales de LANPes reunir a teóricos y experimentadores, y este proyecto es un gran ejemplo de cómo vale la pena ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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