Investigadores de la Universidad de California en San Diego han desarrollado un diseño novedoso para un nanosensor compacto y ultrasensible que se puede utilizar para fabricar dispositivos portátiles de monitoreo de salud y para detectar pequeñas cantidades de toxinas y explosivos para aplicaciones de seguridad.
El estudio aborda uno de los principales desafíos del diseño de nanosensores: cómo aumentar la sensibilidad mientras se reduce el tamaño.
El diseño del nanosensor presentado en este estudio combina nanopartículas plasmónicas tridimensionales con singularidades llamadas puntos excepcionales, una combinación que se está demostrando por primera vez ". La nueva física implementada aquí podría potencialmente superar las tecnologías plasmónicas actualmente en uso para la detección,"dijo Boubacar Kanté, profesor de ingeniería eléctrica en la Escuela de Ingeniería Jacobs de la Universidad de California en San Diego y autor principal del estudio. Kanté y su equipo publicaron su diseño novedoso en línea el 8 de noviembre en la sección de comunicación rápida de la revista Revisión física B .
Kanté explicó que las singularidades, como los puntos excepcionales, son fundamentales en física debido a su asombrosa capacidad de inducir una gran respuesta a una pequeña excitación. Las singularidades ocurren cuando una cantidad es indefinida o infinita, como la densidad en el centro del negroagujero, por ejemplo. Los puntos excepcionales ocurren cuando dos ondas se degeneran, lo que significa que tanto sus frecuencias resonantes como su estructura espacial se fusionan como una sola.
"Se han buscado puntos excepcionales para sensores e interacciones mejoradas de materia de luz", dijo Ashok Kodigala, estudiante de doctorado en el laboratorio de Kanté y primer autor del estudio. "La posibilidad de demostrar puntos excepcionales en sistemas que son simultáneamente sub-la longitud de onda y compatible con pequeñas moléculas biológicas para la detección ha sido difícil de alcanzar, hasta ahora "
Los nanosensores funcionan según un fenómeno llamado división de frecuencia, lo que significa que la presencia de una sustancia perturba la degeneración entre dos frecuencias resonantes y provoca una división detectable. En un nanosensor basado en puntos excepcionales, las frecuencias resonantes se dividirían mucho más rápido de lo que lo hacen.en nanosensores tradicionales, dando lugar a capacidades de detección mejoradas.
Al combinar puntos excepcionales y plasmónicos, los investigadores formularon un diseño para un nanosensor que es compacto y ultrasensible.
"Creemos que el diseño de un nanosensor de este tipo requiere no solo una mejora gradual de los dispositivos existentes, sino un avance conceptual. Es por eso que elegimos centrarnos en nanosensores basados en puntos excepcionales", dijo Kodigala.
En este estudio, los investigadores propusieron lo que Kodigala llama "una receta general para obtener puntos excepcionales a pedido". El método implica controlar la interacción entre los modos compatibles con la simetría del sistema plasmónico.
El diseño del nanosensor solo se ha demostrado computacionalmente hasta ahora. El equipo está trabajando en la integración de los nanosensores basados en puntos excepcionales en un chip.
"Una vez que optimicemos algunos de los parámetros principales de este sistema para minimizar las pérdidas óhmicas y radiativas, podemos comenzar la transición de esta investigación desde la etapa teórica a un producto comercialmente relevante", dijo Kanté. El equipo ha presentado una patente sobre la tecnología.
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Materiales proporcionado por Universidad de California - San Diego . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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